火药雕刻师可以说是中国航天部门最特殊的一个行业,他们的日常工作是怎样的?
这是一名火药雕刻师,他正拿着一个特制的小铲子削一块像橡皮泥一样的东西,它是火箭上最核心的材料——推进剂。在修整以后,火药雕刻师会用水平仪测量一下,看看火箭的药柱外面是否平整。
这是一项极为细致的工作,也是一个非常危险的工作,通常都是师傅带徒弟,一代一代传承下去。很难想象作为人类科技最前沿的火箭,还有手工加工的环节。
为什么火箭的药柱需要雕刻?固体火箭的药柱通常由氢化碳基和硝酸盐类氧化剂构成,这种燃料具有恒定的燃烧速度和较高的推力,且易于贮存、携带和使用。
在加工过程中,通过搅拌加热或其他化学方法使氧化剂和还原剂混合到一块,这时推进剂还具有粘度和流动性,和水加多了的面团一样。之后需要将这一团糊状物倒入模具中冷却成型,通常情况下是一个空心的圆柱体。
在冷却过程中有两个问题要解决,一个是中间不能产生气泡或者空心,这和混凝土浇筑时一样,需要拿一个震动棒把混凝土震瓷实了。火箭的推进剂显然不能这么做,大概率使用的是旋转离心的方式消除发射药内部的气泡。这又带来一个问题,里面的气泡是消除了,药柱两头就会变得不规则,这时就需要精加工了。
为什么不使用机器?因为自动化机器没有人手的精度高,这就和做手术一样,机器很难替代医生来操刀。机器的精度差主要是触觉不够,人手的触觉是极高的,机器取代不了。如果药柱精度不够,那么火箭升空后药柱燃烧不均衡,不论有多么厉害的控制系统都白搭,火箭照样会乱飞。
这个工作有多危险?网上说的一不小心就爆炸是真的吗?火药雕刻师在雕刻药柱的时候会先穿上防静电的衣服,头上也要带上帽子,手要洗的非常干净,有些工具还是特制的。
其实这项工作没有大家想象的那么危险,这个火箭药柱并不会爆炸,它不是炸药而是发射药,就好比炮弹的发射药,抽出来一根用打火机点着它只会快速燃烧。而且火箭药柱里是有钝化剂的,没有那么容易被点燃。
要知道火箭和导弹其实是同一种东西,我国很多导弹用的都是固体推进,生产出来后要在战备仓库里放很久,如果发射药惰性不高,一不小心就着火,那它就不配用在火箭上。
在网上看到的基本都是中国的火药雕刻视频,怎么没有见到美国的?美国不是航天第一大国吗?是不美国的火箭已经不要人工雕刻了,中国还是太落伍了?
现在的美国发射一枚火箭把国际空间站的人接下来都够呛,只能指望马斯克的猎鹰9号了。但是猎鹰9号使用的并不是固体火箭,这种大型运载火箭使用的都不是固体燃料。我国两次探月工程的长征运载火箭使用的是液氧作为氧化剂,用液氢和煤油作为还原剂,都是液体,因此不需要火药雕刻师,猎鹰9号用的也是液氧和液氢。
液体燃料相对于固体燃料而言,优势很明显。液体燃料的能量密度高、比冲大,这意味着在相同质量下,液体燃料可以提供更多的能量,从而增加火箭的运载能力。
液体燃料可以实现流量控制,这意味着火箭发动机可以根据需求调整推力大小,甚至实现推力的重启和关机,这在轨道调整、机动变轨等任务中尤为重要。而固体燃料一旦点燃,推力就无法调节,且燃烧过程较为剧烈。
但这并不是说液体燃料就比固体燃料先进,实际上,固体燃料是后发明出来的技术,目前世界上能掌握固体燃料发射的国家很少。
固体燃料的优势也很明显,比如推力非常大,能在短时间内能给火箭或者导弹一个超快的初始速度,发动机结构简单,只要控制气体的喷射方向就行。固体燃料可以紧急发射,不需要加装燃料,火箭拉出来直接点火就行。因为固体不会对储存罐产生氢脆效应,也不会腐蚀火箭零部件,常温就可以储存,所以它可以批量生产提前装在火箭上。
液体就不行了,发射时要临时加装燃料,这是一个超级复杂危险的工作,时间也不短,几个小时绝对是要的。
所以固体燃料多用于导弹,我国的东风-41、东风-17等一系列导弹使用的都是固体燃料。有一种火箭也是用固体燃料,它的作用是在我们的卫星被敌方打下来后紧急升空进行补充卫星作业,通常是一箭多星,具备多轨道部署的能力。
由此可见,固体燃料在军事上的运用十分重要,火药雕刻师很多也是拿着部队的工资的。