热胀冷缩不严重的是哪种塑料(长五B知多少：“冰箭”不冷的秘密)

Posted 2023-06-02

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热胀冷缩不严重的是哪种塑料(长五B知多少：“冰箭”不冷的秘密)

2022年10月25日，梦天实验舱与长征五号B遥四运载火箭舱箭组合体已转运至发射区，计划于近日择机实施发射。在空间站阶段，长征五号B运载火箭已成功将天和核心舱、问天实验舱送入太空。它因“肚子”里装了满满的深低温液氢液氧燃料，所以又被称为“冰箭”。今天我们就一同了解。

火箭“体内”燃料温度接近绝对零度

长征五号B运载火箭是我国低轨运载能力最强的火箭。它的体重接近900吨，而其中90%以上的重量为深低温液氢液氧燃料。它周身冰冷，由此得名“冰箭”。

长征五号B运载火箭使用液氢液氧推进剂，燃烧后产生的是水，无毒无污染，产生的推力也更大。其中，液氧的温度达-183℃，液氢的温度可达-253℃，已经接近绝对零度了，而绝对零度，正是自然界温度不可能达到的最低温度。

“防寒服”有“里”有“面”

那么，“冰箭”是如何防寒的呢？科研人员为长征五号B运载火箭的贮箱研制了一件“防寒服”，使其外表面温度可以一直保持在0℃以上，火箭内部的仪器、设备、电缆等也可以正常工作。

“防寒服”一共只有十几毫米厚，却是让箭体保持体温的“利器”，说它是“防寒服”，还真是名副其实。这件“衣服”有“里”有“面”，能使火箭在燃料加注以及飞行过程中，外表面温度保持在0℃以上，从而避免火箭仪器、电缆等受极低温影响产生功能异常。

“防寒服”中间的“棉花”层是低密度材料，如果它直接涂在贮箱金属表面，贮箱受冷收缩时，“棉花”层因收缩性能比金属小，会导致脱粘，影响绝热效果，因此研制人员给“防寒服”设计了“里”和“面”来保护“棉花”层。

“防寒服”的“里”仅有零点几毫米厚，比“棉花”层更适应金属材料的热胀冷缩，且能同时与金属材料的贮箱和“棉花”完美贴合。

“防寒服”的“面”可以保护“棉花”不吸收外界水气、不被损坏，更好地发挥绝热性能。

“防寒服”里最主要的材料叫做“低密度全闭孔聚氨酯泡沫塑料”，由近十种原材料按照一定的配比高速撞击混合反应而成，这些液体材料分成两组，就像“哥俩好”胶水一样，一旦混合，就会在几秒钟之内发生发泡反应、并快速固化成型。

在“试衣间”里穿“防寒服”

穿上“防寒服”，可不是一件简单的事。为了给长征五号B运载火箭穿上这件“防寒服”，技术人员精心打造了专用的“试衣间”。

“试衣间”是个全密闭式温湿度可调节的操作室，里面有一套自动喷涂系统。在电脑中输入各种工艺参数，自动喷涂系统的机械臂便开始按照设定的路径运转。在机械臂末端的喷枪里有个碰撞混合腔，多组分的原材料在这里碰撞充分混合后被喷涂在火箭贮箱表面。

先拍照，再“裁衣”

火箭贮箱进入“试衣间”前，首先使用激光传感器给贮箱做一次型面测量，就像给贮箱拍了一张“3Ｄ照片”，所有的形状信息都包含在这张“照片”中，后续“裁剪衣服”时这张“照片”就会成为至关重要的基准面。

在“试衣间”里穿上的“衣服”只能算是毛坯，之后还要裁剪成合适的“样式”，即加工成厚度一致的平整外观。火箭结构的壁板厚度仅为几毫米，并且大尺寸薄壁工件不可避免地会有各种变形，在一个厚度几毫米但直径五米、长度十几米还易有各种变形的“大家伙”上，加工出一层十几毫米、厚度均匀的材料，就像是在一个大气球的表面雕刻花纹，稍有偏差气球就破了。那么，如何避免这个情况呢？此时，之前拍摄的“3D照片”就要大显神威了，科研人员自主开发的仿形加工系统依据之前拍摄的“3D照片”中所包含的型面信息，生成专用的加工程序，可以将这层喷涂好的毛坯加工出几乎完全一致的厚度。

各种复杂的工序全部完成后，“冰箭”的这款又薄又隔温的“防寒服”才算正式完成，它能在后续的火箭燃料加注以及飞行过程中有效隔绝深低温，让“冰箭”不惧严寒。

火箭已待

梦天已至

让我们共同期待

此次任务的圆满成功