火箭固体燃料怎么制造的?过程极为危险

7月14日消息,据国外媒体报道,在热带南美洲丛林的偏远角落,法国科学家正在混合制造固体火箭助推器燃料。这些燃料将用于火箭的初级助推器,像烟花一样将火箭送入太空。

▲图示:警示标志要求使用防护工作服、戴手套和呼吸器

我从来没有在其他地方看到墙上有这么多警示标志。这些警示标志要求使用防护工作服、戴手套和呼吸器。要求的这些装备我都没有。

据我所知,这里还有发生爆炸的危险。更不用说外面张贴的关于毒蛇和蜘蛛出没的警告了。

这个房间位于法属圭亚那库鲁地区的欧洲航天港,工程师们在这里将固体火箭燃料的成分混合在一起。

“这就像烤蛋糕一样,”合作伙伴阿丽亚娜集团(ArianeGroup)首席运营官大卫·庞卡(David Quancard)表示。该公司是意大利航空航天公司Avio的合作伙伴,为其提供火箭燃料。“一开始是液体,然后要把它煮沸。”

与普通的烤蛋糕完全不同,这一混合过程非常危险,发生在一个被热带丛林环绕的隔离建筑中,位于厚厚的混凝土墙后面。工程师们从几百米外的碉堡远程控制操作,整个区域都被安全围栏、带刺的铁丝网和瞭望塔包围。

固体燃料火箭通常用于诸如洲际弹道导弹,或者大型火箭的助推器。

库鲁航天港生产的燃料将为两种不同的火箭提供动力:第一种是阿丽亚娜5型火箭(Ariane 5)的助推器,这种巨型火箭专为大型航天器设计,比如说用于通信卫星和深空科学任务。另外一种是30米高的Vega火箭,用于将较小的有效载荷提升到低地球轨道,其三个一级助推器均采用固体火箭燃料。

▲图示:在发射前三个小时,整个龙门结构将在巨型铁路转向架的作用下移开

“固体火箭助推器意味着采用固体推进剂——它看起来有点像橡胶,是固体但柔软,”庞卡表示,“你有一个巨大的推进剂“蛋糕”,从内核开始向外燃烧以产生推力。”

由于没有内部阀门,管道或移动部件,这项技术的工作原理与烟花相同——你点燃它,它就会飞起来。一旦它被点燃,你就无法阻止它。这就是为什么需要在发射场制造燃料的原因之一。大家普遍认为将固体火箭从欧洲大陆运往大西洋太危险了。

用于混合燃料成分的搅拌器是世界上最大的搅拌器之一,和在工业面包店中找到的那种机器没有什么两样。它的多个旋转叶片每分钟旋转500到1000次,但从不接触侧面,以避免摩擦产生火花的危险。它可以一次将12吨推进剂批量混合在一起。

混合容器——也就是所谓的罐子——抵达这里时已经装满了由铝、氧化铁和粘稠化学物质组成的惰性粘性混合物。然后将罐子加热至75摄氏度并使叶片旋转,同时将高氯酸铵粉末从上面的斜槽中混入。而混合比例则是公司的秘密。

▲图示:火箭助推器的运送过程是一个缓慢而又稳定的过程

在混合之后,燃料被带到另一个建筑物中,被导入到火箭之中。Vega火箭助推器的外壳由意大利制造,由碳纤维轻质空心管组成,内衬绝缘材料。这些火箭的组成部分被放入铸造坑中,一个类似于长杆(称为芯轴)的模具位于中心。

就像倒果冻或者向烤箱中倒蛋糕混合物一样,罐子中的推进剂逐渐被倒入火箭外壳中,整个铸造坑加热到50摄氏度。

“加热完成后,它就变成固体了,”庞卡说。“然后你取下芯轴,就得到了完美的内部形状。”

现在固体燃料经过彻底的缺陷测试后并储存一个月,以稳定燃料和套管之间的粘合。随后添加进点火系统和喷嘴,火箭就准备就绪来。

这个阶段它被认为是安全的。我希望如此,因为我发现自己在一个储藏室里抬头看着三个巨大的燃料火箭段。我的手机已经被带走了——这就像关于在加油站禁止使用手机的警告,只不过违反的后果更严重。

阿丽亚娜5型火箭从1996年开始一直在服役。其已经进行了98次发射,只有两次发射失败(没有一次与固体火箭有关),它被认为是世界上最可靠的火箭之一。相比之下,Vega火箭于2012年问世,迄今为止进行的11次发射都取得了成功。但这两种火箭都将在性能和效率方面进行了升级,以降低成本并提高竞争力。

目前,新一代碳纤维固体火箭正准备在航天港进行测试。作为有史以来最大的固体助推器,使用了140吨推进剂。P120C由欧洲航天局(Esa)资助开发,将用作新阿丽亚娜6火箭的助推器以及升级版Vega C火箭的一级助推器。

“这很令人兴奋,”庞卡说。“这是历史上第一次,我们在两个不同的运载火箭上使用相同的助推器。”

在库鲁一幢被称为BIP(B timentd’IntégrationdesPropulseurs)的建筑中,庞卡向我展示了四层楼高的P120C助推器全尺寸模型。这个模型被用于测试火箭在航天港周围移动以及发射准备的过程。其中并没有火箭燃料,而是充满了惰性的化学混合物。

▲图示:卡卡布里尼表示工作的压力激励着整个团队

“化合物的粘度与推进剂相同,”庞卡解释道。“这是一种以最安全的方式测试这种新助推器制造和装配过程的方法。”

一旦建成并经过测试,所有固体火箭助推器最终都会出现在几公里外的发射台上。在Vega火箭发射台上,项目工程师马克卡卡布里尼(Marco Calcabrini)正忙着准备他的最新任务——发射用于测量全球风的欧洲航天局卫星Aeolus。

在发射架的12层结构中,卡卡布里尼的团队将组装Vega的固体火箭部件,然后将卫星安装在顶部的液体火箭上方。这种液体末级在火箭运行的最后阶段用于代替固体火箭,使飞行控制人员能够将卫星精确地放置在轨道上。

在发射前三个小时,整个龙门结构将在巨型铁路转向架的作用下移开,将火箭留在发射台上,显而易见位于避雷针之下。

我问卡卡布里尼,自己的工作如此接近固体火箭是否让他感到紧张。“我告诉我的侄子,我在准备大烟花,”他说,“这绝不是一份正常的工作——我们每天都有风险,我们必须加以管理。”

从一级助推器抵达发射台倒火箭发射只有31天的时间。在这段时间内,卡卡布里尼只有八天的时间将卫星固定到位,并检查一切是否正常。

他告诉我:“压力总是存在的,但我和我的同事都喜欢这份工作。我们这么做存在压力,但有助于我们更好地工作,”他告诉我。“这是一个团队。每个人都致力于完成发射任务;我们不能错过发射时间。“

固体火箭相对简单、便宜且可靠。此外凭借其火箭燃料工厂,欧洲是火箭发射的世界领先者。一旦卡卡布里尼的Vega火箭固体助推器被点燃并发射,火箭会燃烧直到燃料耗尽。然后,精密碳纤维体的残骸将落入海洋——燃烧得太扭曲而无法重复使用。一切顺利的话,风力监测卫星将进入轨道。那时整个火箭——在制造,混合和烘烤方面的所有付出和投资——将永远消失。

“这是我们为之工作的时刻,”卡卡布里尼说,“在发射的那几分钟内,成千上万的人为此工作——我们为此而努力。”

(本文来源:网易新闻)