用丝线制造火箭发动机？真的可以！近日，好消息来自湖北三江航天江北机械工程有限公司(以下简称“江北公司”)，“快舟11号”上使用的碳纤维技术得到了改进。
通讯员供图
一根碳纤维的厚度只有头发的十分之一，而一束小手指粗的黑色碳纤维可以拉动两架大飞机。在江北公司R&D部门，长江日报记者看到了这种新材料。看起来“细如丝”的线其实是制造火箭的材料之一。
"是的，我们正是用这种细如丝的纤维来制造快舟11号新型运载火箭的发动机外壳。”江北公司R&D中心副主任尹建华见记者感到不可思议，解释说碳纤维密度低，强度高，模量高，耐腐蚀，耐高温。这种材料的国产化和应用，是航天技术创新的重要成果之一。这种新材料的应用可以减轻火箭发动机外壳40%的重量，同时保证发动机在火箭飞行过程中能够长期承受内部高温、高压等极端挑战。
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尹建华介绍，过去火箭发动机外壳多采用金属合金材料，工艺成熟但重量较大。早在2022年底，“快舟11号”全箭主体结构首次采用碳纤维复合材料，并实现了国内替代。
细如丝，柔软。碳纤维是如何“转化”的？R&D人员通过视频向记者展示了这个过程:在制造车间，从机器一端伸出的碳纤维像“缠毛球”一样被缠绕在圆柱形火箭发动机外壳上。
出乎意料的是，“缠毛线球”也有严格的技术要求。尹建华介绍，碳纤维材料的缠绕工艺非常讲究。首先斜绕形成经纬纵横的编织效果，然后平放，最大限度地保证缠绕的紧致度。“每条线路都不能重复，否则会导致某个部位变厚，影响外壳的尺寸和平整度，导致发动机外壳重量分布不均匀，影响火箭的飞行稳定性。并且每层都要涂上胶水，使纤维丝层紧密地粘合在一起。”
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这样循环三四十层需要十几天的时间，一个直径几米的外壳就可以完成了。然后进行固化、脱模等过程，最后变成火箭发动机外壳，从保证内部装载的燃料安全到保证火箭飞行成功和运载卫星的安全。
碳纤维材料不仅重量轻，而且在承受极端载荷时表现出惊人的强度。在实验室里，R&D人员用碳纤维和高强度钢制成的两种样品“PK"，结果表明，高强度钢的受力为1705兆帕，即要用5.2吨的力将样品拉断，而碳纤维的承压强度达到2630兆帕。
尹建华说，在火箭发动机制造领域应用新材料，行业前沿技术没有太多经验可以借鉴，必须自主探索研发。其中，缠绕的工艺流程、具有粘结作用的耐高温材料等R&D应用是一个新的课题，需要一个又一个的突破。
他表示:“我们正在全力开发热塑性碳纤维复合材料缠绕技术的成熟应用。目前，R&D团队正在致力于热塑性碳纤维复合材料缠绕技术的研究。通过提高树脂浸泡的准确性和可控性，减少人工干预，提高非金属材料产品的质量一致性和可靠性。
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一旦这项技术创新完全成熟，在缠绕过程中可以实现原位固化，生产效率将大大提高。也就是说，火箭发动机的固化时间从传统方法的半个月到一个月缩短到几天。同时，能源消耗和废物产生在生产过程中可以显著减少，为航天制造业的绿色转型提供了可行的路径。
“通过不断突破非金属材料制造和工艺技术，未来轻型发动机将进一步增强固体运载火箭的能力。”尹建华充满信心。
(汪苏，长江日报记者 通讯员陈诚 张博宁）
【来源：长江日报】
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