反超美國：中國造10米直徑3000噸重型火箭靠它們！

近日，央視播出了上海航天設備製造總廠研發攪拌摩擦焊設備並成功用於我國新型大型運載火箭的專題片。這只是中國攪拌摩擦焊設備近年來井噴式發展的縮影。事實上，中國正在建造各種高端製造設備，來衝擊世界最大的10米直徑重型火箭技術。

火箭的直徑越大，就意味著能夠承載更多的燃料和載荷，因此大直徑已經成為重型火箭的重要特徵。例如美國實施載人登月的土星五號重型火箭，就是10.1米（見上圖）。然而10米直徑火箭對加工製造技術提出了非常苛刻的要求。美國在冷戰時期不計成本製造10米直徑的土星5號火箭，但在冷戰後已經無力開發此類技術，因此10米直徑的戰神5號重型火箭在2010年被取消，而現在進行的SLS重型火箭直徑也降到了8.35米。

之所以難度大，就是因為現代航天需要高效率、低成本、靈活地進行重型火箭製造。這就對加工技術提出了新的要求，因此就有了攪拌摩擦焊設備等新技術的出現。該技術由於焊接溫度未達到輕質合金熔點，可以有效避免輕質合金熔焊過程中易出現的氣孔、夾雜、熱裂紋等冶金缺陷，為輕質合金的焊接帶來了革命性的變化（見上圖）。而且攪拌摩擦焊設備非常容易實現自動化，不需要焊料，這都大大節省人力和成本，提高了效率。美國已經在1999年開始應用該技術製造運載火箭的駐箱。

上海航天設備製造總廠生產的攪拌摩擦焊設備，就是中國將該技術在長征五號火箭貯箱筒段生產上的工程化應用。所謂的火箭貯箱筒段，實際就是幾塊特種合金的薄板，通過攪拌摩擦焊設備的長直焊縫組合而成，然後再把多個筒段使用攪拌摩擦焊環形焊接連接在一起成為貯箱，貯箱再通過鋁合金環件連接一起就成為火箭。

上海生產的是一種卧式攪拌摩擦焊設備，適用於5米以下直徑火箭的製造。但是中國未來的重型火箭，要突破10米直徑，必須採用新的大型垂直攪拌摩擦焊設備。為了這一目標，武漢重工集團為中國航天自主研發的新型設備實現了歷史性突破。這套設備採用移動式龍門結構，集自動裝夾、定位、銑削和攪拌摩擦焊等多種功能為一體，實現了對直徑為10m，起飛重量超過3000t的重型運載火箭的超大型薄壁貯箱裝配焊接智能化生產，大大提高了生產製造的效率和質量。

這實際上就是與美國生產SLS重型火箭的垂直焊接中心是同一種設備（見上圖）。這種設備就是通過龍門吊，把壁板自動裝進夾具進行精確定位，然後攪拌摩擦焊機器人進行自動焊接，然後就能迅速組合出10米直徑的筒段。此外，中國西南鋁業集團已經開發出直徑10米級整體鋁合金環件。中國10米直徑重型火箭的關鍵技術，在一個個被攻克。

除了攪拌摩擦焊設備和大直徑整體鋁合金環件，中國還需要開發類似美國的垂直焊接裝配中心，可將圓頂、環段和筒段連接在一起，像生產香腸一樣快速生產火箭（見上圖），同時還可以進行全部焊接的無損檢測。因此，中國和美國的航天差距是客觀存在的，但中國正在迅速積累重型火箭的先進位造技術，追趕世界先進水平。而中國將未來重型火箭目標定位10米直徑，比美國的8.35米更大，這也就奠定了後發超越的基礎。

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