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将北斗导航卫星送上太空的“长征三号”是由哪些有色金属制造的?


2018年11月1日23时57分,我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭,成功发射第41颗北斗导航卫星。这颗卫星属于地球静止轨道卫星,是我国北斗三号系统第17颗组网卫星,也是北斗三号系统首颗地球静止轨道卫星。 


该卫星除提供基本导航服务(RNSS)外,还将提供短报文服务(RDSS)、星基增强服务(SBAS)。其中,短报文服务在全面兼容北斗二号RDSS服务基础上,容量提升10倍,用户机发射功率降低10倍,能力大幅提升。星基增强服务按照国际民航标准,提供更高精度、更高完好性的导航服务。 


我们在为最新一颗北斗导航卫星发射成功满心鼓舞的时候,小编我倒想谈一谈在幕后默默付出的“长征三号乙运载火箭”,作为将北斗卫星成功送入太空的最大功臣,你知道它是由那些有色金属制造的吗?接下来我们就去看一看吧! 


“长征三号乙运载火箭”是由那些有色金属制造的? 


中国古代火箭是用竹筒、厚纸、粘土等材料制成的,流传至今的中国民间烟火炮仗沿用了古代火箭的制作原理,它们用麻纤维缠绕加强厚纸圆筒制成,这与现代固体火箭壳体采用纤维缠绕工艺的原理是一致的,现代火箭和导弹各部位使用的材料,大部分与飞机材料相同,但为适应运载火箭与弹道导弹的特殊工作环境,也发展了多种专用材料。  



弹头材料 


运载火箭的头部不需要返回地面,只经受穿出大气层时的空气动力加热,一般是用金属或复合材料制造头部整流罩。弹道导弹的头部要再入大气层,以便攻击敌方目标,早期的某些中程导弹曾一度采用热沉式防热,即把热量耗散在质量大、比热高的铜制钝头中,但因重量太大、隔热困难,这种方法很快被放弃。洲际导弹头部的再入速度马赫数高达20以上,头部温度可高达8000~12000°C。 


50年代末,头部鼻锥开始采用烧蚀材料防热。早期广泛使用的烧蚀材料是高硅氧玻璃纤维增强酚醛树脂。鼻锥后面还有大面积的防热层,内部用轻金属结构支撑并衬有隔热材料,以保证核战斗部和精密仪器所需要的温度环境。随着分导式弹头和机动式弹头的发展,再入时间增长,不均匀烧蚀的情况加剧,同时为抵抗粒子云侵蚀和核攻击,遂研制出石墨纤维三向或多向增强的碳材料和具有高应变性能的石墨材料。 


70年代开始改用碳纤维织物作为增强材料,效果良好。为了对头部进行制导,防热层上开有天线窗,窗口材料与防热层应同步烧蚀,同时又能透过无线电波。为此目的,初期使用石英玻璃,后来研制出石英纤维增强的二氧化硅作为窗口材料。



弹体材料 


火箭或导弹的弹体主要由仪器舱、箱体、过渡段和尾段组成。箱体以外的部分主要起结构支承作用,多采用高强度铝合金制成半硬壳式结构或蜂窝结构。液体火箭的箱体材料既要求强度又要求耐蚀性能。 


早期的液体火箭箱体选用铝-镁合金,随着钣金成形和焊接技术的进步,后来改用铝-铜-镁系、铝-锌-镁系高强度铝合金制作箱体。为箱体内部增压的高压气瓶多用钛合金或高强度钢制作。为改变发动机推力的方向,一种方法是在尾段上装燃气舵。燃气舵受到喷焰的高速冲刷,烧蚀严重,故多采用特种石墨或钨、钼等难熔金属制作,表面再覆以抗氧化涂层。另一种方法是采用摇摆式发动机或摆动喷管,为此弹体尾段须装有柔性防热材料,如玻璃纤维增强硅橡胶,以防止火焰的辐射热对尾段内各系统的损害。此外,弹体内的活门、管路系统还需要使用各种密封材料。



发动机材料 


液体火箭发动机主要由涡轮、推进剂输送泵和燃烧室组成。涡轮材料主要是镍基、钴基合金。泵壳体采用高强度、高致密性的铝合金铸件或钢铸件。燃烧室的工作环境最为严酷,室内燃烧温度高达3000°C以上。任何材料在这温度下都会软化以至熔化,只有对燃烧室进行冷却才能保证材料有必要的强度。 


燃烧室的结构按冷却方式分为三类: 


①再生冷却式燃烧室,其结构又分为夹壁式和管束式两种。夹壁式燃烧室的内外壁大多用不锈钢经高温钎焊制成。 某些大型液氧-液氢发动机燃烧室内壁用铜-银-锆合金制造,以增加冷却效果,外壁用金属镍电铸成形。管束式燃烧室是用多根纯镍或不锈钢薄壁异形变截面管捆绑钎焊而成。 


②辐射冷却式燃烧室用钼、铌等难熔金属制造,延伸喷管则用铌、钴、钛合金制造,表面涂覆抗氧化和具有高辐射系数的特殊涂层。 


③烧蚀冷却式燃烧室的内壁用高硅氧纤维增强树脂作烧蚀材料,外部用钛合金作承力壳体,喉部装有石墨镶块以增强耐烧蚀能力。有的发动机用多孔金属面板作为顶部推进剂喷注器的安装板,以增加冷却效果。 


固体火箭发动机的装药壳体最初用高强度钢制造,后来改用钛合金、玻璃纤维或高强度、高弹性模量有机纤维增强环氧树脂。壳体内部衬以橡胶类隔热材料。喷管喉部初期用钼、钨等难熔金属作喉衬,后用钨作为难熔骨架,渗入铜、银等金属作为自发汗冷却剂。最新式的发动机喷管喉部采用热解石墨、碳纤维增强碳材料作喉衬,提高了抗烧蚀性能。 


非结构材料 


火箭和导弹的特殊工作环境和贮存环境,需要使用诸如耐高温或耐低温的润滑材料、真空密封脂、高级液压油、无机化合物防火腻子、防潮防霉防腐蚀的油漆和涂料等非结构材料。 


长三乙火箭性能优异,安全可靠,总共26次发射任务中,除第一次失败以外都发射成功,成功率高达96%。


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