2016年11月3日20點(diǎn)43分，我國目前運(yùn)載能力最大的火箭——長征五號首次發(fā)射圓滿成功！這是我國航天史上又一質(zhì)的飛躍，大幅提升了我國自主進(jìn)入空間的能力。中國未來的載人空間站、探月工程三期以及火星探測，都將使用長征五號運(yùn)載火箭。它是我國目前運(yùn)載能力最大的新一代運(yùn)載火箭，也是我國迄今為止研制的最大推力運(yùn)載火箭，因此之前都被簡稱為“大火箭”。也因為它壯實的體格，而有一個綽號——“胖五”。

長征五號是我國運(yùn)載火箭升級換代的里程碑，采用全面升級的動力系統(tǒng)，實現(xiàn)了大推力、高可靠、無毒無污染。長征五號的強(qiáng)大推力來自強(qiáng)大的“心臟”，助推級為8臺120噸級液氧煤油發(fā)動機(jī)，4臺全新研制的氫氧發(fā)動機(jī)在一級和二級火箭上各裝配了兩臺。在其800多噸的身體里，90%是-252℃的液氫和-183℃的液氧，這已經(jīng)接近低溫的極限，“冰箭”一名正源于此。

如此大量的使用低溫推進(jìn)劑，在我國運(yùn)載火箭的研制歷史上還是頭一次，這對材料的耐低溫性能提出了嚴(yán)苛的要求。針對這些特殊需求，中國鋼研的研發(fā)團(tuán)隊對液氧煤油和氫氧發(fā)動機(jī)熱端部件材料及制造進(jìn)行了深入的研究。

1.專用渦輪盤材料

中國鋼研某所與設(shè)計單位密切合作，針對液氧煤油發(fā)動機(jī)獨(dú)有的苛刻服役條件，獨(dú)家發(fā)明了液氧煤油發(fā)動機(jī)專用渦輪盤材料，該合金在保證熱強(qiáng)性的前提下，突破性地解決了超大跨度溫度范圍內(nèi)工作的問題，解決了在高度富氧環(huán)境下合金抗燃燒問題，從而成就了液氧煤油發(fā)動機(jī)強(qiáng)勁的動力源泉。在此基礎(chǔ)上形成的富氧環(huán)境合金選材理論，為其他零部件的選材和材料改進(jìn)提供了理論依據(jù)。

2.復(fù)雜熱端部件的制造技術(shù)突破

除渦輪盤外，發(fā)動機(jī)熱端部件包括整體導(dǎo)向器、各類殼體、各類管道、噴嘴、等零部件幾十種，涉及板、棒、餅、絲、無縫管等各類型材，鑄、鍛、軋、焊等多種熱成型工藝。所有材料和零部件通過了多次試車考核，表現(xiàn)出了優(yōu)秀的服役能力，滿足了我國液氧/煤油及氫氧發(fā)動機(jī)關(guān)鍵材料及部件的需求。

針對我國液氧煤油發(fā)動機(jī)復(fù)雜精密鑄件研制需求，研發(fā)團(tuán)隊開展了計算機(jī)輔助精密鑄造技術(shù)探索，將三維建模、3D打印、凝固過程數(shù)值模擬等先進(jìn)技術(shù)與傳統(tǒng)精密鑄造工藝結(jié)合。成功地研制出馬氏體不銹鋼氧泵殼體、煤油泵殼體、氧泵離心輪、煤油泵離心輪、下殼體等部件，通過了長時試車考核，保證了液氧煤油發(fā)動機(jī)的研制進(jìn)度。高溫合金整體鑄造渦輪靜子的研制突破了合金設(shè)計、精密鑄造、熱等靜壓、熱處理等關(guān)鍵技術(shù)，成功地通過了液氧發(fā)動機(jī)試車和試飛考核，成為該部件的唯一供貨單位。

針對氫氧發(fā)動機(jī)氧泵殼體等鑄件加工合格率低等問題，研發(fā)團(tuán)隊通過系統(tǒng)開展鑄造工藝、熱等靜壓、熱處理、缺陷修復(fù)等研究，研制的高溫合金氧泵殼體、渦輪外殼體質(zhì)量顯著提升，交付產(chǎn)品加工合格率100%，獲得了用戶單位的高度評價，成為批產(chǎn)訂貨的唯一供貨單位。

3.高強(qiáng)不銹鋼及超低溫用鋼

針對超低溫的需求，中國鋼研某所的研發(fā)團(tuán)隊在為液氧煤油發(fā)動機(jī)研制高強(qiáng)不銹鋼時，專門開發(fā)了兩種超低溫用鋼，在液氧溫度下仍具有良好的韌性。

超高強(qiáng)度與高強(qiáng)不銹鋼研究部的研發(fā)團(tuán)隊高效攻克道道難關(guān)，研制的系列材料力學(xué)性能均達(dá)到或超過國際先進(jìn)材料水平，成功解決了我國液氧煤油高壓補(bǔ)燃發(fā)動機(jī)關(guān)鍵用材從無到有的問題。“十一五”期間大運(yùn)載專題再次針對五種高強(qiáng)不銹鋼的工程化問題進(jìn)行立項，解決了材料生產(chǎn)和使用過程中暴露的種種問題，制訂了系列國家軍用標(biāo)準(zhǔn)，全面保障高強(qiáng)不銹鋼材料的工程化應(yīng)用。此外，研發(fā)團(tuán)隊還針對地處低緯度地區(qū)的海南文昌航天發(fā)射場“高溫、高濕、高鹽霧”的特殊氣候環(huán)境，對該種不銹鋼的腐蝕行為和防護(hù)措施進(jìn)行了系統(tǒng)、全面的研究，獲得了設(shè)計單位的高度認(rèn)可，為液氧煤油發(fā)動機(jī)適應(yīng)海南文昌基地的發(fā)射任務(wù)作出了重要貢獻(xiàn)。

4.應(yīng)用氫氧發(fā)動機(jī)自鎖閥的永磁環(huán)

中國鋼研某所研制的高精度輻射取向永磁環(huán)，在溫度穩(wěn)定性、均勻性顯著提高的基礎(chǔ)上，成功將永磁環(huán)表面磁場強(qiáng)度提高20%以上，成功應(yīng)用于長征五號火箭氫氧發(fā)動機(jī)自鎖閥。

5.應(yīng)用于能源伺服、制導(dǎo)系統(tǒng)等磁性合金、磁屏蔽組件

中國鋼研某所研制的彈性、膨脹、磁性合金、磁屏蔽組件等十余項產(chǎn)品，成功應(yīng)用于長征5號火箭的的能源伺服、制導(dǎo)系統(tǒng)、姿態(tài)控制、測量系統(tǒng)等分系統(tǒng)中。是歷年運(yùn)載火箭應(yīng)用產(chǎn)品型號最多的一次。

長征五號運(yùn)載火箭的完美首飛，是我國由航天大國邁向航天強(qiáng)國的重要標(biāo)志，將帶動整個研制平臺和產(chǎn)業(yè)鏈的更新。中國鋼研也將站在歷史的新起點(diǎn)上，立足我國航天事業(yè)對材料的新需求，為重載發(fā)動機(jī)的材料研發(fā)做出新的貢獻(xiàn)。