超级军网揭秘专家攻克中国撒手锏武器研制难关 (1/17)
来源：百度文库 编辑：超级军网 时间：2024/04/28 15:33:27
近日，有媒体披露，上世纪90年代初，中国纺织大学（1999年改名为东华大学）潘鼎教授带领课题组艰苦攻关，成功研发出达到国际先进水平的高纯航天碳纤维，及时排除了国产撒手锏武器的最后一道难关。事实上，洲际弹道导弹是战略武器中的撒手锏，特别是机动洲际弹道导弹，具有机动灵活、隐蔽性强、生存力高等诸多优点，被各军事强国视作“二次打击”的主要战略威慑武器。目前，洲际导弹采用的都是再入式战斗部，重返大气层时要经受严酷的热环境，因此防热/隔热就成为洲际导弹研制的核心技术难点之一。如果无法克服这一难题，弹头就会被烧毁并像流星一样散落在大气层中。（来源：参考消息网）
http://www.chinanews.com/mil/hd2011/2016/03-30/623556.shtml
近日，有媒体披露，上世纪90年代初，中国纺织大学（1999年改名为东华大学）潘鼎教授带领课题组艰苦攻关，成功研发出达到国际先进水平的高纯航天碳纤维，及时排除了国产撒手锏武器的最后一道难关。事实上，洲际弹道导弹是战略武器中的撒手锏，特别是机动洲际弹道导弹，具有机动灵活、隐蔽性强、生存力高等诸多优点，被各军事强国视作“二次打击”的主要战略威慑武器。目前，洲际导弹采用的都是再入式战斗部，重返大气层时要经受严酷的热环境，因此防热/隔热就成为洲际导弹研制的核心技术难点之一。如果无法克服这一难题，弹头就会被烧毁并像流星一样散落在大气层中。（来源：参考消息网）http://www.chinanews.com/mil/hd2011/2016/03-30/623556.shtml
相比其他飞行器（包括普通弹道导弹、轨道式机动飞行器、科学空间飞行器和行星探测器），在速度大致相同（平均24马赫）的情况下，机动洲际弹道导弹要承受的热能是普通弹道导弹的2.5倍、轨道式机动飞行器的370倍、科学空间飞行器的230倍、行星探测器的11倍，过载是前者的3倍、10倍、15倍、20倍和0.6倍，所受气压（动压和静压）则分别为3.5倍、530倍、530倍和56倍。
因此，各军事强国无不在竞相研发耐烧蚀性能更好、更强的新型材料。其中，碳/碳复合材料（C/CFRP）技术备受关注。
众所周知，重返大气层时，在急骤绝热压缩效应和气动加热的作用下，洲际导弹承受的气温会从-160℃骤升至1700℃（这个温度足以熔化钢铁），推进剂燃烧时固体发动机喷管也要承受时速4.5马赫、温度3500℃和压力15兆帕（注：相当于150公斤力作用在1平方厘米上所产生的压强）的极端恶劣环境考验。
但美国研究表明，碳纤维复合材料不仅具有优异的热力学性能，而且在烧蚀过程中烧蚀率低、烧蚀均匀对称，保持了良好的气动外形。
凭借CFRP出类拔萃的耐烧蚀和隔热性能，表面热流导向弹体内部的热量仅为1%至10%左右，从而保护弹头使之安然无恙并准确击中目标。而且，由于C/CFRP重量轻，节省下的载荷既可用来添加推进剂以提高射程，也能用于增加战斗部以提升威力。俄罗斯火箭头部就覆盖了碳纤维材料。
因此，美军从上世纪60年代起，就开始尝试用C/CFRP制造洲际弹道导弹的鼻锥、发动机喷管和壳体（注：早期曾采用玻璃钢——GFRP）。比如民兵III机动洲际弹道导弹（长21.3米，直径2.3米，战斗全重39.5吨），不仅鼻锥和喷管喉衬采用了C/CFRP，就连其长24米、重8.2吨储运发射筒（箱）也采用了凯夫拉纤维缠绕复合材料。
美军上世纪60年代的实验数据显示，“北极星”导弹壳体采用GFRP后，射程从2200千米增至4600千米。而其上世纪80年代研发的“三叉戟”II潜射导弹改用CFRP后，射程进一步提升至1.2万千米，命中精度达90米，成为美军战略威慑力量的中坚。这是美军MX“和平卫士”洲际导弹再入大气层试验的壮丽画面。
中国研制GFRP固体发动机壳体始于上世纪80年代，并已取得成功。“东方红”-2通信卫星元地点发动机和“长征”-2E火箭（属于著名的“长二捆”系列）发动机壳体都采用了GFRP材料来制造。
上世纪90年代初，配属SPTM-14发动机（壳体直径1.402米，长2.058米）的“长二捆”，已成功将模拟卫星送入轨道，标志着中国GRRP壳体进入实用阶段。
之后，中国研制的EPKM-17上面级发动机壳体（直径1.7米，长1.874米）又与“长二捆”联手，于1995年末成功将“亚洲二号”卫星送入距地3.6万千米的太空。长征-2E火箭发动机喷口特写。
中国CFRP壳体研制也取得了长足进步，并首先应用于“开拓者一号”固体小运载火箭发动机的第4级（直径0.64米），配属前者的火箭在2003年9月发射成功，实现了中国太空运载工具由GFRP壳体向CFRP的历史性跨越。随着碳纤维性能的提高和复合工艺的日趋完善，国产战略武器的复合化水平也得到进一步提升。
航天级高纯粘胶基碳纤维（注：以下简称航天碳纤维）一度成为中国“东风”-31洲际导弹研制道路上的“拦路虎”。搞不出这种骨干防热材料，国产导弹就将无法承受高空高速飞行和重返大气层时重力加速度所产生的恐怖高温（瞬时或达上万摄氏度），从而造成导弹市区平衡或导航系统失误。
虽然早在1975年，中国就开始了对航天碳纤维的研究，但由于原材料限制和外部技术封锁（在中国之前仅有美苏掌握这一技术），相关工作一直未取得突破性进展。
上世纪90年代初，中国纺织大学（1999年改名为东华大学）潘鼎教授（居中）带领课题组艰苦攻关，先后突破原丝、工艺、强度、排废等多项难关。
他们采用被国外否定的棉浆基纤维为原料，通过独创的制备技术，解决了原丝质量指标确定、稀纬带碳化、有机无机混合型催化、连续纯化工艺、空气介质低温热处理和两段排焦6大难题，成功研发出达到国际先进水平的高纯航天碳纤维，及时排除了国产撒手锏武器的最后一道难关，使中国成为世界上第3个掌握这一技术的国家。为此，该项目荣获国家科技进步二等奖。
《解放军画报》刊登的“东风”-31A洲际导弹的战斗部及第三子级。