9月29日21時(shí)16分03秒，隨著一聲“點(diǎn)火”的命令，承載著“天宮一號(hào)”目標(biāo)飛行器的火箭在巨大的轟鳴聲中疾速飛向高空。據(jù)報(bào)道，截至目前，“天宮一號(hào)”工作狀態(tài)良好，飛行一切正常，各項(xiàng)試驗(yàn)進(jìn)展順利。
根據(jù)各國經(jīng)驗(yàn)，一個(gè)國家航天技術(shù)的發(fā)展，必然要借助于化工技術(shù)的發(fā)展。那么，“天宮一號(hào)”又承載了哪些化工高科技產(chǎn)品呢？記者就此采訪了業(yè)內(nèi)長期從事航天器材料基礎(chǔ)研究的專家和為“天宮一號(hào)”提供產(chǎn)品保障的化工企業(yè)。
用量最多的為涂料、碳纖維復(fù)合材料、推進(jìn)劑、黏合劑等。
據(jù)了解，“天宮一號(hào)”上用到最多的化工產(chǎn)品為航天涂料、碳纖維復(fù)合材料、火箭推進(jìn)劑、黏合劑等。
憑借多年對(duì)航空器材料的關(guān)注和研究，北京航空航天大學(xué)付曉清博士分析認(rèn)為，這次搭載“天宮一號(hào)”升空的長征二號(hào)FT1火箭使用的是第二代火箭燃料，其燃燒劑是偏二甲肼，氧化劑是四氧化二氮。這都是高尖端的化工產(chǎn)品。由于四氧化二氮是一種強(qiáng)酸液體，人體哪個(gè)部位沾上它都會(huì)導(dǎo)致皮膚潰爛，稍有不慎就會(huì)釀成嚴(yán)重的后果。目前我國相關(guān)的化工企業(yè)正在加緊研制第三代火箭燃料，氧化劑改用液態(tài)氧，這種燃料是無毒的，在保證火箭所需要的特殊性能以外，還能夠很好地保護(hù)燃料加注工作人員的安全，并且縮短燃料加注時(shí)間。
付曉清還透露，要把“天宮一號(hào)”送入太空，運(yùn)載火箭的飛行速度要達(dá)到每秒8千米以上才行。在這樣快的速度下，火箭外殼與大氣摩擦將會(huì)產(chǎn)生上千攝氏度的高溫。而保證火箭能承受如此高溫而正常飛行的是一種特殊的涂料。我國化工企業(yè)提供了涂于火箭外殼上的特種涂料——耐燒隔熱涂料。穿上了這層堅(jiān)實(shí)的外衣以后，火箭就可以在大氣中安然無恙地飛行了。
據(jù)中科院蘭州化物所研究員翁立軍介紹，“天宮一號(hào)”升空之后，太陽能帆板展開機(jī)構(gòu)有可能因?yàn)闈櫥瑔栴}發(fā)生冷焊；另有一些驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是完全暴露在真空環(huán)境下的。要保證這些機(jī)構(gòu)在軌良好運(yùn)行2年，都與潤滑材料的性能分不開。“從電源分系統(tǒng)到一些有效載荷的空間運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，我們研制的潤滑材料幾乎覆蓋了‘天宮一號(hào)’的全身。”翁立軍說。
據(jù)中國石化潤滑油公司科技開發(fā)部主任張春輝教授介紹，為實(shí)現(xiàn)與不久將升空的“神八”、“神九”、“神十”飛船的順利對(duì)接，確保能夠精確調(diào)整軌道和姿態(tài)，“天宮一號(hào)”的慣性制導(dǎo)系統(tǒng)及空中姿態(tài)控制系統(tǒng)均使用了航天專用潤滑油。這次使用的航天潤滑油能夠滿足5萬小時(shí)的連續(xù)運(yùn)行，且只需一次加注潤滑油，中途不必更換。
此外，“天宮一號(hào)”還大量使用了黏合劑產(chǎn)品。別以為這是不起眼的輔助材料，但憑借其黏性能將兩種分離的材料牢固地連接在一起就有自己的獨(dú)到之處。“廠家肯定有特定的配方，在生產(chǎn)中必須嚴(yán)格遵守，任何偏差都可能導(dǎo)致黏結(jié)不良和其他質(zhì)量問題。”付曉清分析說。
中國航天科技集團(tuán)八院副主任設(shè)計(jì)師孫小珠介紹說，“天宮一號(hào)”資源艙艙段使用了鋁-鋰合金材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)材料，從而為艙段減重10%。而“天宮一號(hào)”上使用的全套橡膠密封件，使用壽命達(dá)到30年，可確保“天宮一號(hào)”與飛船對(duì)接時(shí)的密封效果和其內(nèi)部的空氣環(huán)境及航天員的生命安全。
僅“中國航天”4個(gè)藍(lán)色大字，其配方原料就多達(dá)10余種
提供給“天宮一號(hào)”的化工產(chǎn)品不但要求技術(shù)先進(jìn)，要滿足特殊環(huán)境下的性能要求，而且生產(chǎn)過程也非比尋常。因此，每一個(gè)為“天宮一號(hào)”提供產(chǎn)品的化工企業(yè)都是使出了渾身解數(shù)。
天津燕海化學(xué)公司為“天宮一號(hào)”提供了名為“914”的室溫快速環(huán)氧黏合劑。據(jù)副總經(jīng)理汪延祿介紹，與普通黏合劑相比，這種黏合劑的最大特點(diǎn)是在室溫條件下就可以快速固化，具有耐高溫、低溫、韌性高的特性，使“天宮一號(hào)”很好地適應(yīng)溫差較大的工作環(huán)境。為確保產(chǎn)品質(zhì)量可靠，該公司對(duì)每批黏合劑都會(huì)進(jìn)行嚴(yán)格試驗(yàn)，被黏試片室溫下泡在水中，要保證1個(gè)月后黏接強(qiáng)度不下降。從上世紀(jì)80年代開始作為我國航天配套產(chǎn)品，這種型號(hào)的黏合劑已被“嫦娥一號(hào)”、“嫦娥二號(hào)”、“神六”、“神七”等衛(wèi)星和飛船廣泛使用。
江西星火航天新材料公司總工程師韓東告訴CCIN記者，他們提供給此次長征二號(hào)FTI火箭的推進(jìn)劑技術(shù)，在全世界只有中、美、俄3個(gè)國家掌握。而他們生產(chǎn)的燃料，從各項(xiàng)數(shù)據(jù)來看，已經(jīng)超過了美國軍用標(biāo)準(zhǔn)。
韓東告訴記者，長征二號(hào)FT1運(yùn)載火箭是經(jīng)過改裝的，比普通的長征二號(hào)F火箭增加了16噸燃料，最大推動(dòng)力達(dá)到了600噸。我國早前發(fā)射的奧星、亞星等火箭曾經(jīng)使用過國外的推進(jìn)劑，但發(fā)射后發(fā)現(xiàn)存在質(zhì)量問題，改用星火公司的推進(jìn)劑之后，質(zhì)量100%合格，國家便把許多推進(jìn)劑的生產(chǎn)任務(wù)都交給了他們。從1973年至今一直為我國承擔(dān)各類型號(hào)火箭發(fā)射推進(jìn)劑燃料的任務(wù)，長征系列運(yùn)載火箭、神舟一號(hào)至五號(hào)，神舟六號(hào)載人飛船所加注的很大部分推進(jìn)劑都出自該廠。
為“天宮一號(hào)”提供潤滑油的中國石化長城潤滑油合成油脂廠主管工程師辛虎表示，“天宮一號(hào)”進(jìn)入太空以后，正對(duì)太陽的一面在100℃，背對(duì)太陽的一面在-100℃，溫差近200℃。如此大的溫差對(duì)航天潤滑油的黏度有非常苛刻的要求。“我們用5噸基本有機(jī)化工原料只能煉制出5千克左右的航天潤滑油。”據(jù)他介紹，除了要耐受巨大的溫差，長城潤滑油還要經(jīng)受許多考驗(yàn)，比如，飛船要在超重、失重、強(qiáng)輻射等復(fù)雜條件下運(yùn)行，這就需要潤滑油具有很強(qiáng)的穩(wěn)定性，與多種射線接觸不能發(fā)生反應(yīng)，更不能燃燒爆炸。為了保證性能，航天潤滑油必須在級(jí)別最高的超凈間里生產(chǎn)，里面的塵埃要通過離子計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)才能生產(chǎn)。
作為中國航天指定油漆涂料配套企業(yè)，今年年初，天津燈塔涂料有限公司接到為“天宮一號(hào)”和全新改進(jìn)的長征二號(hào)FT1火箭生產(chǎn)超高性能質(zhì)量涂料的任務(wù)后，隨即成立了由總經(jīng)理王培明為組長的技術(shù)專家組，參與到從原料檢驗(yàn)、配方審核以及每一道生產(chǎn)工藝和質(zhì)量的核查中來。
王培明介紹說，單是涂在火箭外表的乳白色航天涂料，其原料來源就多達(dá)10余種，從選材到加工成樹脂，再到最終制成航天涂料產(chǎn)品，需要完成16項(xiàng)大的工序，而每一道大工序中還有幾十道小工序，加工過程極其繁雜。“每次飛船發(fā)射時(shí)，都可以看到火箭上寫有‘中國航天’幾個(gè)藍(lán)色的大字，這就是用特殊航天涂料寫成的。僅這種涂料，其配方原料就多達(dá)10余種。”王培明說。
為“天宮一號(hào)”提供高性能密封圈的中國航天科技集團(tuán)四院42所，為了保證密封件在高真空、-70℃～200℃環(huán)境中長期使用，又要在強(qiáng)紫外輻射、帶電粒子輻照和原子氧等特殊的使用環(huán)境下不產(chǎn)生降解、老化和龜裂，生產(chǎn)人員每天都要在不能安裝空調(diào)的車間內(nèi)，忍受硫化機(jī)160℃的高溫，將重達(dá)四五百斤重的模具來回升溫、裝料、卸料、起模、出樣，不斷反復(fù)地進(jìn)行十幾次。
能讓普通百姓也享受到這些產(chǎn)品，才算是真英雄
據(jù)了解，以航天、軍工領(lǐng)域?yàn)橐I(lǐng)，以民用市場為目的，這已是國外化工技術(shù)快速發(fā)展的軌跡。
“也許現(xiàn)在很多人都還覺得這些為‘天宮一號(hào)’助力的高端化工產(chǎn)品離我們普通人的生活遙不可及，但也許在不久的將來，它們就會(huì)走進(jìn)尋常百姓家。這是現(xiàn)代化工科技的方向之一。”付曉清說，助力“天宮一號(hào)”當(dāng)然是英雄，但只有能將這些好產(chǎn)品讓普通百姓也享受到才算是真英雄。
“拿我們開發(fā)的‘914’黏合劑來說，除了用于航天軍工、輪船、無線電儀表等產(chǎn)品外，目前還可以用于黏合木材、陶瓷等材料。咱們家里的瓷器摔壞了，用‘914’黏好后比原來還結(jié)實(shí)。此外，一些高檔的仿古家具、冰箱、洗衣機(jī)外層涂料等也會(huì)使用到這種黏合劑。”汪延祿說。
張春輝說：“美國宇航局就已經(jīng)與賽車企業(yè)共同制造出一種高級(jí)潤滑油，用于保護(hù)在高速和高溫情況下運(yùn)行的賽車發(fā)動(dòng)機(jī)。這種潤滑油最初就是為了滿足航天和移動(dòng)發(fā)射平臺(tái)需要而研發(fā)的。”他介紹說，國外航天潤滑油在高溫環(huán)境下的超高黏溫性能潤滑技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用到車用油中，使車輛能在－40℃低溫和50℃高溫環(huán)境中正常啟動(dòng)。通過航天技術(shù)的轉(zhuǎn)化和應(yīng)用，許多尖端潤滑油產(chǎn)品還被廣泛應(yīng)用于汽車、家電、紡織、建材、鋼鐵等民用領(lǐng)域，以滿足車輛、設(shè)備越來越苛刻的潤滑要求。
張春暉表示，他們公司針對(duì)中國路況、車況設(shè)計(jì)推出的長城“金吉星”潤滑油，就有效地解決了車輛在頻繁變速行駛、車輛開開停停狀況下的潤滑需要，有效降低了磨損和黑油泥的生成，在滿足消費(fèi)者需求的同時(shí)，不斷推動(dòng)中國潤滑油工業(yè)水平的提升。
這次運(yùn)送“天宮一號(hào)”升空的運(yùn)載火箭大量用到了碳纖維產(chǎn)品。這種產(chǎn)品今后在民用領(lǐng)域就大有用武之地。付曉清告訴CCIN記者，國外的碳纖維用于汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)，傳動(dòng)裝置、底盤和懸掛、車身結(jié)構(gòu)部件，用這種復(fù)合材料制造的汽車有可能減輕60%的質(zhì)量。在建材領(lǐng)域，為了改善水泥抗拉強(qiáng)度低的弊端，人們利用碳纖維的力學(xué)特性，用混凝土或水泥做基體制成碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，在建筑行業(yè)日益受到人們的青睞。
據(jù)了解，2010年我國碳纖維的需求量已超過5000噸，特別是高爾夫球桿、漁具、網(wǎng)球拍、賽艇等民用體育休閑產(chǎn)品對(duì)碳纖維材料的需求量也在日益增加，已占到消費(fèi)總量的80%以上。但目前國內(nèi)真正掌握碳纖維核心技術(shù)的企業(yè)寥寥無幾，高端碳纖維產(chǎn)品仍以進(jìn)口為主。因此，付曉清認(rèn)為，國內(nèi)企業(yè)應(yīng)盡早攻克碳纖維核心技術(shù)，不但僅僅滿足航天領(lǐng)域的需求，更要滿足民用需求。他表示，所有為“天宮一號(hào)”提供了產(chǎn)品的化工企業(yè)，下一步，都應(yīng)該將民用市場作為努力方向，要廣泛開拓產(chǎn)品市場，降低成本，讓價(jià)格平民化。這才是中國化工企業(yè)真正的發(fā)展之路。
