作者 | Talk君
地球是人类的摇篮，但人类不可能永远被束缚在摇篮里。人类经过了百万年的进化，又发展了数千年的文明，正是在这种探索精神的激励下，人类不断进步，勇敢地去探索美丽的宇宙。人类发射了各种各样的航天器—火箭、导弹、卫星、空间探测器、宇宙飞船、航天飞机、空间站等。
凭借各种航天器，人类开始探索浩渺的宇宙，进行各种科学研究。人类发射的探测器已经飞出了太阳系，宇航员也登上了月球，火星车在火星表面行进试图寻找生命……这些科学研究帮助人类更全面地了解了宇宙，同时也更充分地认识了地球，认识了我们人类自己。
2022年7月27日12时12分，“力箭一号”在酒泉卫星发射中心成功发射，以“一箭六星”方式将六颗卫星送入预定轨道。这是中国目前起飞规模、起飞推力和运载能力最大的一型固体火箭，其运载能力可以达太阳同步轨道1.5吨，我国快速进入空间的能力再上一个台阶，“力箭一号”的首飞成功标志着中国固体火箭运载能力达世界先进水平。
担纲大任攀高峰
这是一刻talks讲者张延瑞的分享。张延瑞是“力箭一号”结构系统负责人,也是这次力箭项目的主要参与的科学家之一。此次“力箭一号”的发射过程中，首次采用了“固液结合”的低成本结构设计，是国内首次将固体发动机与蒙皮桁条结构部段结合，不同结构型面的点式连接解锁统一化设计、工装型架统一化设计等，实现低成本和快速制造目标。“固液结合”的混合式火箭代表了火箭推进系统在技术领域的一个发展方向，在安全、低成本和操作灵活性等方面，优于常规的固体火箭和液体火箭。
其实我们知道力箭一号，它是一个我们国家全新的，火箭的直径系列，它是两米六五米的直径，那么传统的液体火箭，它一般是三米三五米大的直径，我们传统的固体火箭，一般都是两米以下的小的直径，所以说在火箭的结构形式上，一般就有两种方式，一种是蒙皮桁条铆接的，慢慢的像搭积木一样，给它搭起来这种方式，这个是适合我们大型的，液体火箭的不断的成型，而我们固体火箭由于直径比较小，所以一般都是用整体加工的方式，用材料去除的方式来成型的，那么我们这个火箭相当于是，集合了这两个结构方式的特点，我们在只需要承载，载荷和主关节载荷的部段上，常用的是蒙皮桁条的结构，但是在有分离功能要求的时候，我们用的是整体加工的结构形式，所以我们管它叫一种固液融合的，结构的系统的组成。
我大概指一下，就是像尾段 级间段，像我们多功能仓，就是像外面有桁条的形式，就一个棱一个棱的这种，它的特点是它是铆接成型的，它的承载效率比较高，我们看到光筒段 就像在分离环，包括上面的光筒的结构，它是有分离面的设计，实现这样的一个分离功能，所以它就用整体加工的方式，是这样区分的。
我们在进行，固液融合结构设计的时候，也是遇到了一些难点，你比如说一方面就是，我们的固体火箭它的，飞行过程中受到的干扰比较大，它的外部的振动噪声会比较剧烈，这样的话在我们蒙面桁条结构上，它的蒙皮厚度比较薄，所以产生的震动环境就会对，我们的航天设备造成一定的影响，为此我们也是采取了，很多的结构局部刚度补强，厚度增加的这么一个措施，来降低它的结构响应，另一方面就是我们看到，外桁条的结构和光壳的结构，它其实是有个端框的对接的，那它这个地方的传力路线的优化，就非常的重要，如果说在载荷比较大的情况下，端框的位置就会受到，比较大的弯距，传力路线如果不连续的话，就会造成很多的问题，甚至造成它的一个结构的失效。
在“力箭一号”的研制过程中，”冷分离“也是张延瑞所负责的工作重点。此次“力箭一号”运载火箭级间分离在国内首次采用了冷气推冲系统作为分离冲量装置，具体设计采用排气式冷气分离装置使用高压气体作为能源，经过喷管扩张膨胀，将压力能转换为速度能，从而产生冲量。推冲装置是指活塞式作动筒，解决了喷气不稳定的问题。
我们如果把火箭的结构系统，看作火箭的骨架和它的身体，那么分离系统实际上就是，满足我们多级火箭飞行过程，中一个接续工作的一个要求，就是我上一级工作完了，下一级要继续工作，就要实现一个分离，那么实际固体火箭的分离，比液体火箭还是要有一些难度，就像我们传统理解的那种，液体火箭它是可以实现一个关机的，关机之后它就没有后效推力了，但是固体火箭就像我们小时候，点的烟花它会一直燃烧，就是燃烧到耗尽才会停止工作，那么就造成我们后效推力的影响，影响我们算力的一个可靠性。
那么对于分离设计，我们也是采取了一些新的技术，就像我们对火箭三四级分离，这个地方因为它离卫星比较近，如果说你用传统分离能源，它可能会对卫星造成污染，那么我们也是创新性的，采取了冷气推冲分离装置，它是一种清洁的，不会造成污染的这么一个能源，同时还能实现一个大推力，还能实现一个末级的退片，我们还克服了后效推力的影响，这样的话实现了一个，地面是可检可测的，上天之后是无污染的，这么一个分离的能源，我觉得这是其中的一个特色。
除了冷气推冲分离装置，此次“力箭一号”也独创性的采用了新型防热技术。火箭在高速穿越大气层时，其外壳与大气摩擦也会导致高温，尤其是火箭头部的温度会高达上千摄氏度。随着火箭飞行速度的增加，这个温度还会继续升高，直至脱离大气层。而这个阶段，如果没有足够的防隔热措施，火箭外表的金属外壳将会变形甚至融化，火箭内部的电路板、元器件、精密仪器等将会烧穿、变形，导致整个飞行任务失败。
其实力箭一号的防热，我们主要是从两个方面来考虑的，一个方面就是重量要轻，另一方面实际上就是，在满足防热效果的前提下，我们还是想把整体的重量，包括它的性能，进行一个比较大的提升，为此我们也是开展了，很多仿真和试验的相关工作，其实在防热过程中，我们也遇到包括材料的选择，到底是用软木，还是用硅橡胶的涂层，包括一些局部凸起物的放热，比如说端头 一些天线，这些局部的防热，另外就是发动机在工作过程中，它也会产生很大的对流和辐射热，这些其实在舱内的防热，我们也是有相关的，仪器电缆的防热套，就像一个小衣服一样给它穿上，进行一个隔热，包括我们后边在整体的一级，还有四级都有整体的防热群，就相当于是，我把发动机的喷管整体进行阻隔，不让他对舱内的设备和电缆，造成温升的影响。
我们的火箭它其实，您看在端头地方，它其实热环境应该是最恶劣的，它是一个相当于所有的空气，都压缩到这个地方，产生了一个驻点，它的温度是比较高的，那么地方我们就会，进行一个材料的加厚，包括防热层的一个特殊处理，像后面的整流罩这个地方，柱段我们就会用软木，软木其实就是大家通常，能看到的暖瓶的暖瓶塞，暖瓶塞那个木塞子，它可能是用木屑进行一个发泡，就是膨胀之后，里面会有很多的空隙，有了空隙之后，其实我们知道，空气的隔热能力是比较强的，那么通过很多的空隙之后，能够实现它，第一是它低密度，第二是它的抗烧蚀能力比较强，第三个就是它的导热系数很低，抗烧蚀能力也比较强，再往后其实我们用的，都是硅橡胶剂的防热涂层，它特点就是它的结合力比较好，它的抗烧蚀能力，在我们热流条件下 几十千瓦，一百千瓦左右热流是比较合适的。
“力箭一号”成功首飞的背后，离不开每一位科研人员的辛勤付出，在靶场100多天的时间里，试验队员每天都驻守靶场争分夺秒与时间赛跑。上至技术总师下至每位试验队员，均在靶场坚守岗位。队员们放弃休息日，加班加点进行试验，用实际行动践行着“特别能吃苦、特别能战斗、特别能攻关、特别能奉献”的航天精神。
在靶场这一百多天，实际上看着时间长，但是每天的工作量都很饱满，因为涉及到，毕竟是一发全新的火箭，有很多的工作要去协调，有很多的工作要去进行，一个现场的开展 包括测试这些，我想紧张的工作对于我们的队伍都是一个锻炼，就是因为毕竟在靶场，它的工作节奏和在家里，还是不太一样的，它有很明确的工作计划 工作内容，你像我每天都要，把每天的工作内容，在前一天晚上进行一个推演，我们可能会遇到哪些问题，我们有哪些预案去把问题，进行一个规避或者解决，这是我想紧张，应该是其中的一个关键词。
第二个其实就是成长，因为对于力箭一号来说，它毕竟是一款全新的火箭，我们之前 可能对我来说，在靶场遇到的挑战，都远远比我以前在系统内，遇到的要要多一些。成长它其实有两个方面，一方面是技术上的成长，另一方面就是，我们对管理能力上的成长，包括我们在发射场，设计闭环的这么一个成长，所有的问题你在靶场，都要进行一个分析和解决。其实我印象比较深刻的事，就是我们刚到靶场，我们有一个末修保护罩的螺栓，在拆卸的时候发生了一个断裂，这个当时还进行了一个归零，这个是我印象比较深的一件事情，这个其实我觉得对我有两点启示，第一点就是到了发射场，所有的事都不是小事，只要是有一个紧固件，哪怕是一个紧固件出现问题，这个事情都要做到，问题的处理和闭环。
那么我们就是把我们全新的火箭，它的所有的地面遇到的问题，都进行一个梳理和解决，才能到发射阵地去进行发射。
“力箭一号”运载火箭，是中科院力学所抓总、中科宇航公司参与研制的首型固体运载火箭，是我国当前最大的固体运载火箭，在运载能力、入轨精度、设计可靠性、性价比等方面迈入世界固体运载火箭领域先进行列。首飞成功对参与火箭的科学家来说意义非凡，几乎每一个参与的科学家都有各自与众不同的经历和感悟。
我们的工作就是，保证卫星能够安全的分离，最后成功的入轨，因为我们力箭一号，它是搭载了六颗卫星，大家看到的是主星先分离，剩下的几个小星是伞状的，推到各个位置去的，同时他是两次分离，中间有一次调姿，最后第二次是同时分离，第二次卫星分离之后，表示我们火箭的工作已经完成了。
其实发射当天我也是在场评上，内心还是很紧张的，因为毕竟是火箭的首飞，当时我们撤离之后到了那个场评，我就把手机打开，一直在拍视频，别人问我，说你现在开始拍视频了，我说有点紧张，我说我想拍一下火箭起飞的过程，跟家里人视频一下，可能内心会更平静一些，不会那么紧张了。
当手机视频里看到，最后说卫星分离的时候，其实内心还是特别激动的。
从方案设计、地面试验……青丝换白发的光阴里，张延瑞在一件件复杂的工作面前，潜下心来，在各个火箭型号研制的任务中，尤其是结构分离技术领域，攻克了大量难题，展现了出色的技术实力和深厚的理论基础。就这样，张延瑞顶着一头疏于打理的白发，成了大家眼中“科学家”应有的样子。
我觉得，可能是因为我的头发的原因，因为头发比较白，比较符合一个老科学家的形象，但实际上我觉得，更多的还是大家对于航天的一个，航天也算一门科学，科学它还是有它的规律，我觉得一方面，就是要特别的严谨，还要有敬畏之心，就是任何一个疑点和疏漏，都不能放过，另外一个就是在系统性上，还是要把系统的方案做好，系统方案其实影响这个产品，包括它最终的可靠性，这个是一个比较关键的点，其实从科学的角度讲，在一个复杂系统，它其实都有它相关的规律，我觉得我们也是在逐渐的，认识这个规律和掌握这个规律，其实对于我本身来说，可能就是想的事比较多一些，有一些担心，逐渐地把这个担心，可能就放大到自己的身体上了，就通过头发体现出来了。
实际上我想的就是，通过我们后续的研制，包括我们团队的成长，在我们能够看到的年代里，把我们国家的航天事业的水平，和我们所想要去发展，和想要去实现的航天技术，能够在我们看到的年代里，给它实现，说白了就是让我们的国家，我们的人民有更好的生活，有更好的国际地位和发展前景，这个我想就是我们未来的，也是我自己的奋斗目标。
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