9月29日21時16分03秒，隨著一聲“點火”的命令，承載著“天宮一號”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)報道，截至目前，“天宮一號”工作狀態(tài)良好，飛行一切正常，各項試驗進展順利。
根據(jù)各國經(jīng)驗，一個國家航天技術(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”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”提供產(chǎn)品保障的化工企業(yè)。
涂在“天宮一號”運載火箭外表的乳白色涂料，是天津燈塔涂料有限公司生產(chǎn)的。圖為該公司科研人員在研發(fā)航空航天專用涂料。
用量最多的為涂料、碳纖維復(fù)合材料、推進劑、黏合劑等
據(jù)了解，“天宮一號”上用到最多的化工產(chǎn)品為航天涂料、碳纖維復(fù)合材料、火箭推進劑、黏合劑等。
憑借多年對航空器材料的關(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”升空的長征二號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酸液體，人體哪個部位沾上它都會導(dǎo)致皮膚潰爛，稍有不慎就會釀成嚴(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，還能夠很好地保護燃料加注工作人員的安全，并且縮短燃料加注時間。
付曉清還透露，要把“天宮一號”送入太空，運載火箭的飛行速度要達到每秒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。穿上了這層堅實的外衣以后，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”升空之后，太陽能帆板展開機構(gòu)有可能因為潤滑問題發(fā)生冷焊；另有一些驅(qū)動機構(gòu)是完全暴露在真空環(huán)境下的。要保證這些機構(gòu)在軌良好運行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動機構(gòu)，我們研制的潤滑材料幾乎覆蓋了‘天宮一號’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，為實現(xiàn)與不久將升空的“神八”、“神九”、“神十”飛船的順利對接，確保能夠精確調(diào)整軌道和姿態(tài)，“天宮一號”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5萬小時的連續(xù)運行，且只需一次加注潤滑油，中途不必更換。
此外，“天宮一號”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。
中國航天科技集團八院副主任設(shè)計師孫小珠介紹說，“天宮一號”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”上使用的全套橡膠密封件，使用壽命達到30年，可確保“天宮一號”與飛船對接時的密封效果和其內(nèi)部的空氣環(huán)境及航天員的生命安全。
僅“中國航天”4個藍色大字，其配方原料就多達10余種
提供給“天宮一號”的化工產(chǎn)品不但要求技術(shù)先進，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，每一個為“天宮一號”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”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”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，該公司對每批黏合劑都會進行嚴(yán)格試驗，被黏試片室溫下泡在水中，要保證1個月后黏接強度不下降。從上世紀(jì)80年代開始作為我國航天配套產(chǎn)品，這種型號的黏合劑已被“嫦娥一號”、“嫦娥二號”、“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FTI火箭的推進劑技術(shù)，在全世界只有中、美、俄3個國家掌握。而他們生產(chǎn)的燃料，從各項數(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FT1運載火箭是經(jīng)過改裝的，比普通的長征二號F火箭增加了16噸燃料，最大推動力達到了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劑之后，質(zhì)量100%合格，國家便把許多推進劑的生產(chǎn)任務(wù)都交給了他們。從1973年至今一直為我國承擔(dān)各類型號火箭發(fā)射推進劑燃料的任務(wù)，長征系列運載火箭、神舟一號至五號，神舟六號載人飛船所加注的很大部分推進劑都出自該廠。
為“天宮一號”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”進入太空以后，正對太陽的一面在100℃，背對太陽的一面在-100℃，溫差近200℃。如此大的溫差對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，比如，飛船要在超重、失重、強輻射等復(fù)雜條件下運行，這就需要潤滑油具有很強的穩(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別最高的超凈間里生產(chǎn)，里面的塵埃要通過離子計數(shù)器進行計數(shù)，達到標(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”和全新改進的長征二號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、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，都可以看到火箭上寫有‘中國航天’幾個藍色的大字，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10余種。”王培明說。
為“天宮一號”提供高性能密封圈的中國航天科技集團四院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160℃的高溫，將重達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)域為引領(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’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，它們就會走進尋常百姓家。這是現(xiàn)代化工科技的方向之一。”付曉清說，助力“天宮一號”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。此外，一些高檔的仿古家具、冰箱、洗衣機外層涂料等也會使用到這種黏合劑。”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潤滑油，用于保護在高速和高溫情況下運行的賽車發(fā)動機。這種潤滑油最初就是為了滿足航天和移動發(fā)射平臺需要而研發(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。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，他們公司針對中國路況、車況設(shè)計推出的長城“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，在滿足消費者需求的同時，不斷推動中國潤滑油工業(yè)水平的提升。
據(jù)記者了解，這次運送“天宮一號”升空的運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)動機，傳動裝置、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)品對碳纖維材料的需求量也在日益增加，已占到消費總量的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”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，讓價格平民化。這才是中國化工企業(yè)真正的發(fā)展之路。