近日，中国运载火箭技术研究院一部（以下简称“一部”）牵头国内相关单位， 采用整体锻造法成功研制出重型火箭贮箱过渡环，突破了超大直径整体锻造关键技术，在国内乃至世界都尚属首例。这标志着重型火箭突破了最大瓶颈难题，为后续重型火箭研制的顺利开展奠定了基础。
我国重型火箭贮箱过渡环研制成功
运载火箭是第二次世界大战后在导弹的基础上开始发展的。第一枚成功发射卫星的运载火箭是苏联用洲际导弹改装的卫星号运载火箭。到20世纪80年代，苏联、美国、法国、日本、中国、英国、印度和欧洲空间局已研制成功20多种大、中、小运载能力的火箭。
下图是真实的运载火箭按照比例缩放的，上面罗列了几乎所有人类历史上和现在还在使用中的运载火箭（按照运载重量进行排名）。图中有中国的长征系列火箭，也有人类历史上最大的火箭，土星五号。
重型运载火箭是指将起飞质量在2000t以上，或者近地轨道(200km圆轨道)运载能力达到90～100t以上的运载火箭。该种火箭具有结构尺寸大、起飞推力大、研制和发射成本高等特点。20世纪60年代以来，美、俄(或前苏联)两国先后研制出重型运载火箭，借助重型运载火箭，人类登上月球，实现了天地往返，在人类开发利用外空资源上发挥了重要作用。
进入21世纪，美国政府提出了重返月球计划，计划实施载人登陆小行星，进而实现载人探测火星计划，并提出研制新型重型运载火箭的规划设想。虽然目前这一计划已转向航天发射系统(Space Launch System，SLS)，但新型重型运载火箭的规划设想主旨不变。
国外重型运载火箭主要技术参数表
国外重型运载火箭主要技术参数表
“运载火箭的能力有多大，中国航天的舞台就有多大。运载能力的大小，决定着空间应用水平的高低。”中国航天科技集团运载火箭技术研究院宇航部部长李同玉说，火箭的运载能力和安全性直接决定着卫星、飞行器等产品的使用效能，也直接彰显一个国家的航天实力。我国要完成登月、深空探测、空间站建设，这些依靠现有的火箭都难以实现。要想真正实现载人登月就需要重型运载火箭。
重型运载火箭可显著提高进入空间能力，是我国运载火箭的重要发展方向。重型运载火箭采用超大直径箭体结构设计，其贮箱是火箭重要功能和主承力构件，尺寸超大，带来大型结构制造成型、焊接等技术和工艺装备上的新挑战，是发展我国重型运载火箭的关键技术之一。
然而，位于连接贮箱的筒段、前后底与火箭的箱间段之间的过渡环直径很大，是传力的关键部位，受力较集中。以往型号产品的过渡环通常采用分段式锻造，把各部段之间焊接起来。重型火箭的过渡环直径大，界面形式特殊且复杂，焊接时可能会产生瑕疵，在未来执行任务过程中，可能会因受力状态复杂，遭到难以预料的破坏。
为增强过渡环的受力强度，一部采用整体锻造法制备过渡环，从小直径过渡环锻造入手，逐步改进工艺，不断确定合适的工艺流程细节。经过一年多攻关，一部最终完成了过渡环整体锻造的研制，采用整体锻造法成功研制出重型火箭贮箱过渡环，为我国超大直径箭体结构的设计、制造、试验等关键技术奠定基础，也为重型运载火箭结构件轻质化设计提供了技术支撑，更让我国的火箭事业向世界顶尖水平又迈进一步！
长征五号运载火箭（Long March 5 Series Launch Vehicle）是中国正在研制的新一代运载火箭。可查资料显示，长征五号是我国在研运载能力最大、尺寸最大的火箭，高56.97米，芯级直径5米，最大起飞质量867吨，近地轨道运载能力25吨。工程研制的总体技术指标位居亚洲第一、世界前三。
新一代运载火箭的技术可以归纳为：一个重点、两种动力系统、三个模块，即以发展5米直径芯级的大型运载火箭作为重点，发动机采用50吨级的YF-77推力氢氧发动机和120吨级的YF-100推力液氧煤油发动机这两种全新的动力系统，发展了5米直径、3.35米直径和2.25米直径箭体为基本模块，通过不同模块的组合，形成系列化通用化组合化的新一代运载火箭系列。
长征5号火箭结构示意图
早期的新一代运载火箭设计中包含5米、3.35米和2.25米三种直径为芯级的火箭，三种火箭合计14种构型，统一在长征五号的型号下，可谓家族庞大。
在后继发展中，5米直径火箭2006年正式立项获得了长征五号的编号。它使用2台YF-77氢氧发动机做为5米直径芯级发动机，外部捆绑总计4个3.35米和2.25米助推模块，3.35米和2.25米模块分别使用2台和1台YF-100液氧煤油发动机。通过捆绑类型不同的助推模块，长征五号各种构型覆盖了GTO 6-14吨，LEO 10-25吨的运力范围。
具体的火箭制造技术上，长征五号火箭推进剂储箱开始使用2219铝合金，这是美国土星五号火箭到航天飞机，苏联能源火箭和欧日新一代运载火箭广泛使用的材料。箭体加工上使用了先进的搅拌摩擦焊(FSW)，这是1991发明，1998年美国才在运载火箭上首次使用的焊接技术，日本则是2009年H-IIB火箭才首次使用，搅拌摩擦焊和轻质铝合金的使用减轻了结构质量，提高了运载能力。此外长征五号火箭还是用了电气一体化设计与冗余，光纤通道火箭控制系统总线等先进技术，这些点点滴滴的进步奠定了新一代运载火箭高水平的基础。
虽然长征五号尚未发射，但它的研制成功将我国运载火箭技术水平提高一个档次，同时长征五号的运载能力也有成倍的提高。长征五号研制成功后，中国运载火箭综合性能指标将比肩美欧等航天强国，但我们也应该看到中国的火箭发动机特别是氢氧发动机方面与国际先进水平相比仍有相当差距，前面仍有一段很长的路要走。研制重型运载火箭需要的大直径火箭箭体，对于制造工艺提出更高要求，在焊接技术、原材料、大推力发动机等领域都需要进一步提升。
中国在预研自己的“土星5号”
2015年年初，中国运载火箭技术研究院党委书记梁小虹在接受采访时表示，重型火箭的关键技术研制已经启动，国防科技工业局已经正式批准重型火箭的关键技术深入研究，主要包括两个方面：一是总体技术，二是发动机技术，从而实现重型火箭起飞推力在“长征五号”大型火箭1000吨的基础上提升至2000-3000吨的目标。
@POCKN绘制的长征九号重型火箭设想图
前不久，国内有媒体报道称，中国航天科技集团在长征5号大火箭的研制基础上，提出重型运载火箭的发展构想：我国重型运载火箭代号为“长征九号”，箭体直径将达到9米、全长近100米、起飞质量达到3000吨、近地轨道运载能力达到100吨，与美国土星5号运载火箭运力相近，将可能被用于中国的载人登月任务。长征九号在中国航天科技集团2012年发布的《2011年度社会责任报告》中被首次提到，2014年12月确定，长征九号运载火箭将于2030年左右在海南文昌航天发射场实现首飞。
转载自新材料在线