近年来,中国航天事业进入了快速发展的新阶段,特别是在重型运载火箭技术领域取得了显著进展。作为推进火箭技术变革的重要举措之一,中国航天科技集团下属的中国运载火箭技术研究院(CALT)开始开发采用不锈钢制造的大直径推进剂燃料箱,此举不仅代表了中国火箭制造水平的飞跃,也彰显了中国在超级重型运载火箭领域的战略部署。 不锈钢作为火箭结构材料的重新兴起,源于其在性能和制造工艺上的独特优势。与传统铝合金相比,不锈钢具有更好的耐热性、耐腐蚀性和强度,特别适用于高温和深低温环境下的储液罐制造。更为重要的是,不锈钢天然适合实现火箭的部分或完全重复使用。在多次发射的极端条件下,结构材料的耐久性和修复性能至关重要,而不锈钢材料正好满足这些需求。
中国运载火箭技术研究院在2025年先后成功开发出直径分别为5.0米和10.6米的原型不锈钢推进剂燃料箱。尤其是10.6米直径的燃料箱标志着中国在大型不锈钢结构制造领域的重大突破,这一成果为“长征九号”超级重型运载火箭的研发奠定了坚实基础。长征九号作为中国未来执行载人登月和载人火星探测任务的主力工具,其设计初衷经历了从一次性使用转向部分可重复使用,最终目标实现全可重复使用的转变,这一转变明显受到了美国SpaceX星舰成功经验的影响。 这种变化不仅反映了航天制造理念的革新,也体现了对降低发射成本和提升任务灵活性的追求。采用不锈钢燃料箱的设计,赋予了火箭更强的韧性和可靠性,同时降低了制造周期,CALT表示其创新设计与数字化赋能相结合的开发模式,使得5.0米燃料箱在短短60天内完成设计与制造,极大提升了研发效率。 不锈钢制造工艺并非没有挑战。
相比铝合金,不锈钢材料的加工难度和焊接技术要求更高,容易产生应力变形和结构失稳。为此,CALT在成型、焊接及装配工艺上进行了多项技术突破,成功解决了焊缝变形和弹性回弹问题。这些技术积累不仅提升了燃料箱制造的质量和精度,也为未来更大尺寸和更复杂结构的火箭项目提供了宝贵经验。 值得关注的是,除了CALT主导的项目,中国商业航天企业也积极投身于不锈钢火箭技术的探索。作为中国商业航天引领者之一的蓝箭航天,正在开发以不锈钢为主材料的朱雀三号运载火箭,计划2025年下半年实现其首次轨道飞行。另一家企业光年探索以及时代空天等公司也在研制不锈钢结构的火箭部件和整装火箭,形成势头强劲的产业生态。
这一趋势在国内乃至全球范围内都极具意义。不锈钢材质带来的设计灵活性和制造效率提升,促使火箭制造进入了低成本、快速迭代的新阶段,推动可重复使用航天器的普及成为可能。中国的这一布局不仅增强了航天自主能力,更有助于在国际航天市场上树立更强的竞争力。 从战略层面来看,长征九号超级重型运载火箭是中国载人登月、深空探测计划的重要支撑。依据当前规划,长征九号将承担月球基地建设、火星科学考察等重大任务。为了满足大推力、大载荷、高可靠性的需求,燃料箱的材料选择和制造工艺至关重要。
不锈钢燃料箱的研发一旦完成批量生产,将极大提升火箭的综合性能和任务成功率。 另外,考虑到长征十号系列火箭正在开发5.0米直径级别的多种型号,CALT的不锈钢燃料箱技术或将在该系列中得到应用。虽然目前尚未明确5.0米燃料箱的具体用途,但其快速设计制造能力将为未来火箭多样化配置提供技术保障。 不锈钢燃料箱的推广还推动了相关制造产业链的升级。不锈钢材料采购、激光焊接技术、自动化成型设备及数字化设计平台的完善,将极大促进中国航天工业的现代化建设。形成知识产权和核心技术自主掌控能力,是中国持续增强航天综合实力的基石。
总结来看,中国在不锈钢火箭燃料箱领域取得的技术突破,体现了航天制造向精密化、智能化和可持续发展的转型方向。通过不断创新和数字化赋能,中国正逐步实现超级重型运载火箭的部分乃至完全重复使用,推动航天发射成本的显著下降和任务执行效率的显著提升。未来,随着不锈钢火箭燃料箱及整车技术的成熟,中国载人登月和火星探测任务将更具希望和竞争力,推动中国航天事业走向更加光明的未来。