“西南铝”为天舟四号太空送货披上坚固“铠甲”

火箭外壳多采用高强度铝合金制成半硬壳式结构或蜂窝结构。

火箭主要由仪器舱、箱体、过渡段和尾段组成。箱体以外的部分主要起结构支承作用，多采用高强度铝合金制成半硬壳式结构或蜂窝结构。随着钣金成形和焊接技术的进步，后来改用铝-铜-镁系、铝-锌-镁系高强度铝合金制作箱体。为箱体内部增压的高压气瓶多用钛合金或高强度钢制作。

由于火箭一次使用的特点，它采用铸造整体结构件的比例大于其他飞行器。铸件中以镁、铝合金的精密铸造件居多，一般用作形状复杂，尺寸精确的薄壳构件，如小型火箭的翼面、整体结构的舱体和活门壳体等。火箭外形特点为圆柱形，不少零件可以采用旋压、滚弯和拉弯等方法制造。

火箭身高数十米，体重有几十到几百吨，许多人会觉得，它外壳一定特别厚重，才能支撑起这样的庞然大物。其实，火箭的外壳是很薄的，最薄处仅有0.8毫米，和鸡蛋壳差不多。

要想把火箭外壳做得薄，材料是非常重要的。目前，常用火箭外壳的主要材料为铝合金，这种材料强度高、耐腐蚀、重量轻、成本低、综合性能最好，是做外壳的最佳选择。

火箭的外壳由多个部分组成，包括蒙皮、桁条和框环。框环和桁条组成一个圆柱型的框架，通过铆接与蒙皮组合到一起。蒙皮主要是起到维持形状、安装仪器电缆等作用；而桁条则是起到纵向主支撑力的作用。桁条、框环和蒙皮之间的关系就像是灯笼里的竹条和外面的纱罩。

如果蒙皮过薄，靠不断加密内部框架来保证坚固性的话，反而会使壳体重量加重，达不到预想的效果。因此，设计师要计算出蒙皮和框环、桁条的最佳配比，既保证用最少的材料，又能保证箭体坚固、可靠。

1、弹头材料：运载火箭的头部不需要返回地面,只经受穿出大气层时的空气动力加热,一般是用金属或复合材料制造头部整流罩。

2、弹体材料：火箭或导弹的弹体主要由仪器舱、箱体、过渡段和尾段组成。箱体以外的部分主要起结构支承作用,多采用高强度铝合金制成半硬壳式结构或蜂窝结构。

3、发动机材料：液体火箭发动机主要由涡轮、推进剂输送泵和燃烧室组成。涡轮材料主要是镍基、钴基合金。泵壳体采用高强度、高致密性的铝合金铸件或钢铸件。

4、非结构材料：火箭和导弹的特殊工作环境和贮存环境,需要使用诸如耐高温或耐低温的润滑材料、真空密封脂、高级液压油、无机化合物防火腻子、防潮防霉防腐蚀的油漆和涂料等非结构材料。

高强度铝合金好。硝糖火箭外壳是用钛合金、铍合金、铝合金和玻璃钢等材料制成的，这些材料传热很快。火箭外壳多采用高强度铝合金制成半硬壳式结构或蜂窝结构。火箭主要由仪器舱、箱体、过渡段和尾段组成。

火箭或导弹的弹体主要由仪器舱、箱体、过渡段和尾段组成。箱体以外的部分主要起结构支承作用，多采用高强度铝合金制成半硬壳式结构或蜂窝结构。液体火箭的箱体材料既要求强度又要求耐蚀性能。早期的液体火箭箱体选用铝-镁合金。

随着钣金成形和焊接技术的进步，后来改用铝-铜-镁系、铝-锌-镁系高强度铝合金制作箱体。为箱体内部增压的高压气瓶多用钛合金或高强度钢制作。为改变发动机推力的方向，一种方法是在尾段上装燃气舵。燃气舵受到喷焰的高速冲刷，烧蚀严重，故多采用特种石墨或钨、钼等难熔金属制作，表面再覆以抗氧化涂层。另一种方法是采用摇摆式发动机或摆动喷管，为此弹体尾段须装有柔性防热材料，如玻璃纤维增强硅橡胶，以防止火焰的辐射热对尾段内各系统的损害。此外，弹体内的活门、管路系统还需要使用各种密封材料。

马斯克的Space X公司的SN8星际飞船今晚又要试飞了，网友看到不锈钢制造表面粗糙的星际飞船，都嘲笑说像是中国手工作坊的产物，质疑这样的星际飞船即使试飞成功你敢坐吗？嘲笑马斯克的Space X公司的材料技术水平低，真的是这样吗？作为一个材料工作者，我告诉您真的不是这样，马斯克采用不锈钢做造星际飞船，不仅更加安全，而且也是为未来星际旅行的商业化铺路。

首先，我们先来了解一下常规制造火箭和空间站的材料是什么？目前一般采用铝合金（铝镁和铝锂合金）和碳纤维复合而成，铝合金一般作为骨架结构材料，碳纤维作为加强材料，碳纤维用树脂浸沾后缠在铝合金壳体外面，利用碳纤维的高强度来增加火箭或者太空结构强度。在太空工作过程中，外表面是近似真空的环境，壳体必须保证不漏气；碳纤维虽然强度高，但是几乎没有韧性，也无法做到气体密闭，因此内层采用铝合金起到密闭和增加结构韧性的作用。

铝合金有较好的比强度、低温韧性是选用这种材料的主要原因。火箭、太空飞船和空间站在太空运行时，照射不到太阳时，外界温度可到-160-200 ，这就要求必须采用低温韧性较好的合金，一般常规钢材都是体心立方结构，在-196 低温下会变得玻璃一样脆，锤子轻轻击打变粉碎，这是一般钢材无法应用航空航天的主要原因。但是铝合金不一样，铝合金是面心立方结构，材料的韧性不随着温度的降低而明显改变，在低温下也能保持较好的低温韧性。但是铝合金的强度一般远远低于钢的强度，目前火箭和空间站广泛采用高强度的铝镁合金和铝锂合金，屈服强度一般在300-400Mpa，抗拉强度只有500-600Mpa，延伸率一般在10%以下，这些性能是普通钢轻易都能达到的。铝合金的低密度一定程度弥补强度和韧性不足的损失，因此火箭、太空飞船和空间站一般选用铝合金作为结构材料。

但是，铝合金还有一个明显的缺点的是耐热能力差，纯铝的熔点只有660 ，铝合金的熔点只会更低，一般熔点在600 左右，但是铝合金高强度一般都是通过固溶时效处理达到的，温度升高后，材料的固溶强化效果大幅度衰减，200 以上铝合金强度降低到不足200Mpa，因此一般必须保证工作温度不超过150 。碳纤维稳态下最高工作温度也只有150 ，这对于火箭发射来说，速度是逐步升高，速度较高时，已经达到空气稀薄的大气层中，温度上升现象并不明显，采用铝合金和碳纤维，再加上适当的隔热涂料，是可以接受的。但是对于需要再入大气层的太空飞船是难以接受的。火箭或者飞船再入大气层时，与大气层剧烈摩擦，产生的温度可高达近1600 ，这是碳纤维和铝合金，甚至是钢都无法承受的。看过神州飞船返回再入大气层都知道，飞船表面基本就是个火球，就如流星坠落没什么俩样！

为了解决飞船再入大气层的高温问题，目前发射成功的载人航天器，一般都采用表面加装隔热瓦的措施进行隔热。但是因为外表面温度高达1600 ，飞船机体只能承受不到150 的高温，必须有足够厚度的隔热瓦才能起到隔热作用，一旦隔热瓦脱落或者出现孔隙，可以说瞬间就是机毁人亡。因为铝合金熔点和耐热温度太低了，因此美国的航天飞船一般都是披着厚厚的隔热瓦。隔热瓦一般都是陶瓷材料，与机体材料特性相差很远，无法与机体紧密结合，一般都是粘接到船体上，飞行过程难免会剥落。一旦剥落后果不堪设想。美国一共造过5艘航天飞船，因事故就失毁2艘，分别是“挑战号”和“哥伦比亚号”航天飞船，其中2003年坠毁“哥伦比亚”号航天飞机，就是因为在发射过程中被从机身下面燃料箱上脱落的绝缘材料击中机翼前端，结果造成部分隔热瓦破损，在重返大气层后，因超高温空气入侵而解体爆炸，7名宇航员全部遇难。这些血的教训，马斯克不可能的不知道，马斯克选用不锈钢的造航天飞机可能就是吸取“哥伦比亚”号航天飞机的教训。

为什么马斯克选用不锈钢做星际飞船材料？前面说过一般的碳钢都是体心立方结构，在低温下（若液氮中）就如玻璃一样脆，但是不锈钢不是这样，这种钢材和铝合金一样也是面心立方结构，在-196 仍然有高达100-150J的冲击韧性，而铝合金在-196 下冲击韧性一般不到50J。在强度方面，常温下不锈钢的强度并不高，一般屈服强度在300-400Mpa，抗拉强度在500-600Mpa，延伸率高达25-30%，但是在低温下强度提高50%以上，温度越低强度越高，在-196 下不锈钢的屈服强度高达600-700Mpa，抗拉强度达到1000Mpa以上，延伸率还能保持在20%左右，强度几乎是铝合金的2倍以上，韧性也更好，采用不锈钢做壳体碳纤维估计都能省了。强度的提高，也意味着安全性的提高。太空并不是空无一物，时刻面临着太空垃圾和流星的袭击，空间站或者飞船漏气是很严重事故，人员瞬间都可能丧命，提高制造壳体材料的强度是保证安全的必要措施。

2018年8月和2019年9月国际空间站连续两次发生漏气事故，空间站人员找了很久都找不到原因，工作人员非常紧张，都十分担心安全。有些不了解内情的人很吃惊，想当然认为空间站都是厚厚的金属材料包裹着，很安全。但是，实际上现有的空间站采用铝合金和碳纤维制作成，为了降低重量和发射成本，采用铝合金壁的厚度只有4-10mm，不到1厘米厚，空间站就是靠这层铝合金保证空间站不漏气。铝合金强度和硬度又比较低，如果有人居心不良，用小刀都能打个孔，所以在空间站工作的人，实际都很害怕，把生命交给一个厚度不到1cm的铝合金的保护，真的可靠吗？未来真要建设商业性的国际 旅游 空间站，敢仍然采用这种材料吗？治安问题将是一个大问题。另外，随着太空垃圾的增多，撞击几乎是不可避免，要想建设适合商业化的空间站，不锈钢的可能是一个不错的选择。不锈钢更高的强度和低温韧性是保证空间站安全的重要保障。

不锈钢还有一个优势就是价格便宜。正如马斯克自己所说，以前采用铝合金和碳纤维制造，仅仅碳纤维都需要135美元/kg，加工过程产生至少30%废料，实际成本在200美元/kg，这仅仅是碳纤维的成本，制造铝合金的成本也不低于20美元/kg。但是不锈钢的价格只有3美元/kg，你说选什么？虽然不锈钢比较重，在Space X的火箭重复利用技术已经成熟的背景下，至少浪费一些燃料而已！这就是火箭发射商业化的发生的威力。

另外，不锈钢不仅价格便宜，而且不锈钢的加工工艺也比较容易，可能不需复杂的碳纤维包裹工艺就可以加工成火箭或者空间站，制造成本要低得多。不锈钢采用简单的焊接工艺就可以加工成密闭容器，说不定在不远的未来，可以直接采用猎鹰火箭运输不锈钢钢板上太空，再输送几个焊接工人，就可以在太空进行施工建造空间站，未来在月球或者火星也可以如此进行。现有空间站都是一段一段的，直径都不大，这是受火箭直径影响的，这些空间站都是在地球加工好的，发射到太空上对接形成的，这样制造的空间站的空间狭小，空间局促感明显。未来商业化的太空旅行必须解决这个问题，在太空施工建造大型空间站是必由之路。采用不锈钢造星际飞船或许只是一个开端，只是一种探路，

最后，SN8星际飞船采用不锈钢还有一个重要原因就是耐热能力较好。不锈钢的熔点达到1400 以上，在800-900 仍然可保持200Mpa以上抗拉强度（屈服强度在80-100Mpa），远远高于铝合金。飞船再入大气层的最高温度在1600 左右，一般也就持续几十秒时间，采用不锈钢造壳体即使表面不加隔热层，也很难发生机毁人亡的恶性事故。飞船的壳体表面能承受温度越高，对隔热层的要求越低。铝合金和碳纤维能承受最高150 的界面温度，不锈钢直接能承受高达800 的界面温度，界面温度提高5倍以上，隔热层厚度和要求也大幅度降低，以前隔热层必须保证外表面1600 情况下，内壁温度不超过150 的温度，温差达到1450 ，现在只需要隔热到800 就可以，隔热要求将大幅度降低，成本也会大幅度降低，航天飞船的安全性也会大幅度提高。

有些人可能要问？不锈钢这样好的材料为啥那么多国家的技术人员都没有想到？这里面有两方面的主要原因，以前火箭发射后火箭发动机是不回收的，火箭发动机的制造成本远远高于燃料的成本，因为火箭发动机的成本高原因，必须提高有效载荷，火箭筒体或者空间站壁满足使用要求就行，把重量留给有效载荷才是目标。马斯克把火箭发动机回收这个被认为不可能的问题解决了，就剩下燃料成本的增加，采用不锈钢造火箭或者星际飞船就不是问题，这就是商业化公司与政府主导发射的思路不同。从商业角度考虑问题，往往会带来意想不到的转变和突破。况且，不锈钢的安全性远高于铝合金，安全性才是商业化优先考虑的。另外一个不采用不锈钢的重要原因就是不锈钢的导热性太差，导热系数低，在太空中太阳照射和不照射区域温度差别大，不锈钢受热不均匀可能导致变形，这个问题可以通过一定均热手段予以解决，目前马斯克团队应该正在攻关这个问题。

从上面的分析来看，马斯克采用不锈钢制造星际飞船或者火箭都不是心血来潮一时的决定，而是长远的商业化太空 旅游 和殖民火星的需要。曾几何时，在中国钢铁已经成为落后产能的代表，航空航天上几乎见不到钢铁的应用，已经全部是有色金属的天下。其实，在钢铁领域何止不锈钢具备满足太空环境使用所需要的较好的低温韧性和较高的耐热强度，最近发展起来的9Ni钢、高锰钢、中锰钢等钢种都能达到-196到-252 的低温韧性要求，而且在-196 低温下抗拉强度可达到1500Mpa，强度是铝合金2-3倍都不止，低温断裂韧性高达150J以上，是现有铝合金5-10倍。只要发展思路转变，我相信未来钢铁会登上航空航天，甚至星际旅行的舞台，发挥其应有的光芒。

第一，轻便。比重小。

第二，美观。经过抛光，呈现银白色，有如科学色，高档、明快。

第三、易于制作。

第四、如经表面氧化处理，其硬度、强度、韧性，足够满足要求。

第五，价格低廉。

我国制造航天飞船的主要材料是铝。

我国制造航天飞船的主要材料是铝。据了解，“长征”系列运载火箭和“神舟”系列飞船推进舱的燃料舱、载人舱（逃逸舱）、轨道舱以及天宫二号空间实验室的资源舱和实验舱都是用的大量的铝合金材料。

应用在航空航天的铝合金首要分为：铝合金大型挤压型材、铝锂合金、铝合金厚板、铝合金铸件几大块。

1、铝合金大型挤压型材：随着科学技术的进步，铝合金型材正向着大型化、整体化、薄壁扁宽化、尺寸高精化、形状复杂化方向发展，应用范围已由民用型材料推广到航天航空用型材。

2、铝锂合金：这个是近十几年来航空金属材料中发展最为迅速的一个领域。锂是世界上最轻的金属。把金属锂作为合金元素加到金属铝中，就形成了铝锂合金。加入金属锂之后，可以降低合金的比重，增加刚度，同时仍然保持较高的强度、较好的抗腐蚀性和抗疲劳性以及适宜的延展性。

3、铝合金厚板：这个是现代航天航空工业重要的构造材料，当前发达国家铝工业界不断开发出功能优异的新型铝合金厚板，广泛应用于飞机框架、全体壁板、起落架、蒙皮等。

4、铝合金铸件：在现代飞机结构件中，利用了1500～2000种铝铸件，根据飞机不同的使用条件和部位，主要用了三种基本的铝合金：即高强铝合金、耐热铝合金、耐蚀铝合金。

神舟飞船采用的其他类型材料：

1、为了适应严酷的飞行环境和减轻结构重量，神舟十一号飞船的关键部位选用了高性能复合材料，天津工业大学研制的三维立体纺织增强材料成为复合材料关键部件的首选增强骨架材料，具有重量轻、强度高、抗烧蚀的优异性能，同时减轻了结构重量，提高了飞船的性能。

2、到目前为止，三维立体纺织增强材料被认为是提高复合材料的强度、抗烧蚀、抗热震和抗蠕变等性能的最为有效的方法，同时也是实现飞行器结构一体化设计制造的技术关键，因而成为新一代飞行器研制的核心技术和重点发展领域。

航天运载火箭的结构由四个主要舱段组成运载火箭的构造按从头到尾分为四大舱段：1.有效载荷舱段。这是火箭头部，它的用途就是装载需运载的装备（如人造卫星、宇宙飞船或核弹头）。它的外部装有流线形整流罩，以保护运载物和减少空气阻力。这个整流罩里如装载的是核弹头，则一直“戴着”它直至命中目标；如果装载的是航天器，就在火箭飞出大气层时，及时自动把它抛掉。2.控制仪器舱段。这是放置运载火箭的控制指挥部分的部位，称为火箭的指挥中枢。包括制导系统、姿态控制系统、电源和配电系统。它的功用就是控制运载火箭保持一定姿态，确保按既定的轨道飞行。3.推进剂贮箱段。这是用于装载推进剂的部位。它占去运载火箭体积的大部分、总重量的80％--90％。为了增大运载能力，贮箱结构设计很精致，用材要求越轻越好，还要有尽可能高的强度，不易破裂，一般多采用高强度铝合金材料制成。4.发动机舱段。这是用于安装火箭发动机的部位，有的火箭还在这个舱段外部安装尾翼。发射前，运载火箭通过它与发射架相连；发射后在飞行过程中保持外形完整和稳定飞行轨道。——————————————————从20世纪50年代中期，至今世界各国研制的运载火箭不下数十种。它们大小不等，形状各异，但就结构形式来说是多级组合。组合方式基本上可以分为两大类，一类是各级首尾相接的串联式运载火箭；另一类是下面两级并联，上面一级串联的串并混合式运载火箭。整个运载火箭是由箭体结构，动力装置和控制系统三大部分组成的。箭体结构箭体结构是运载火箭的G架，它包括头部的有效载荷整流罩、仪器舱、推进剂贮箱和尾段。有的大型运载火箭还有尾翼。箭体结构的主要功用是装置有效载荷、控制系统的仪器设备、发动机和推进剂等，并按要求把组成运载火箭的各部分连接成一个结构紧凑、外形理想的整体。动力装置动力装置包括发动机和液体推进剂输送系统。它能产生强大的推力，使运载火箭达到预定的速度，从而把有效载荷送入宇宙空间。运载火箭扬用的发动机都是火箭发动机。这种发动机的主要特点是不需空气做氧化剂， 完全依靠自身携带的推进剂（氧化剂和燃烧剂的总称）而独自工作。所以，火箭发动机能在真空条件下使用，这也就是运载火箭能胜任空间载运任务的主要原因。火箭发动机按拨用推进剂的不同，主要分为液体推进剂火箭发动机和固体推进剂火箭发动机两种，不论哪一类，组成运载火箭的各级火箭发动机 可以都用液体推进剂，或都用固体推进剂，也可以由固体推进剂的和液体推进剂的火箭发动机混合组成。火箭发动机的结构主要包括燃烧室和喷管。工作时，推进剂就在燃烧室内燃烧，产生高温高压燃气，以高速度从喷管排出，这就产生了推力。若是燃烧室或喷管制成可摆动的，或是采用其它方法改变推力方向，则可产生控制力和力矩，起控制系统执行机构的作用。控制系统火箭的控制系统包括制系统、姿态控制系统、电源及配电设备等。它的任务就是控制运载火箭保持一定的姿态，按预定的轨道飞行。运载火箭的制导系统通常为惯性制导和无线电制导。（1） 惯性制导惯性的制导是依靠运载火箭上的仪器设备，通过测量火箭的加速度，算出高度和速度等运动参数，来控制火箭按预定弹道飞生。其主要设备是陀螺仪、加速度表和计算机等。（2） 无线电制导无线电制导是由地面雷达等无线电设备测出运载火箭的方位和速度，经过计算比较，得出修正飞行误差的指令并送到火箭上再由火箭的控制系统，通过执行机构产生控制力和力矩，使运载火箭保持姿态稳定并按预定弹道飞行。

多国纷登月球火星，航天铝材喜迎新需

2月13日，俄罗斯公布了与我国携手打造月球科研站计划。日前，双方正在研究项目技术落实事宜。美国也在运作类似的课题，进展很快，不久美国月球基地即会亮相。2021年是人类征服火星圆梦之年，自从人类太空 探索 开始以来，火星一直是访问量最大的行星之一，美国的“水手四号”宇宙飞船早在1964年就发回了第一批火星表面照片。2021年2月初以来，3个国家（阿联酋、中国、美国）的探测器欲登陆火星，阿联酋的“希望号”探测器已于2月19日进入环火星轨道，创造了 历史 ；就在第2天，中国的“天问一号”探测器紧随其后进行了相同的操作，将于5月份着陆火星。

中国、美国、俄罗斯、欧盟、日本、印度、阿联酋等国都已向月球、火星发射过或准备向它们发射探测器， 为航天铝材提供了新的需求阵地，高端铝材及铝基复合材料在航天器装备及发射火箭系统制造中占有极为重要的地位，是一类不可或缺的材料。目前，我国有多家企业都能批量制备各种航天铝材，在火箭用材的净质量中，铝材占94%以上，在航天器结构用材的净质量中，铝材及铝基复合材料也占到约75%。

铝材：航天器发射火箭和结构零部件的顶梁柱

航天铝材大体可为两部分：一是发射火箭用，二是航天器本身零部件结构用。从航天事业一开始，铝材及铝基复合材料就与航天工业结下了不解之缘，不仅获得了广泛的应用，更是不可或缺的关键材料， 虽不能说，没有铝就没有今天这样兴旺发达的航天事业，但可以毫不夸张地说，没有铝合金，像今天这样惊天动地的航天事业至少要延后二三十年。

在航天器与火箭上用的铝合金主要有7078型、2024型、Al-Li合金等；火箭发射用的液氢槽、液氧槽、控制装置、加固-连接环等均是用这类合金材料打造的。

长五奔太空 铝材建殊功

2016年11月3日20时43分，中国最大推力新一代运载火箭长征五号从中国海南省文昌航天发射场轰然发射升天，约30分钟后进入预定轨道，长征五号运载火箭首次发射任务圆满成功。这一声划破长空的惊天巨响震惊了整个地球，标志着中国跨过了航天强国门槛，进入了世界航天强国俱乐部。

长征五号大型火箭的液氢与液氧贮箱是用什么铝合金焊接的，虽未见媒体报道，但国外发射大型火箭用的液氢、液氧贮箱无论是美国，还是日本和欧洲的，都是用2219合金焊接的，所以笔者认为， 长征五号低温燃料与助燃液氧贮箱也应是用2219型铝合金厚板（ 6mm 10mm）焊的，板材应是中国铝业集团所属工厂生产的，它们有生产航空铝材60年的技术与经验，并通过了航空航天部门的认证。 此外，2015年，无锡市某公司锻造的航天配套环件即是用的2219合金，其外径达8.7米、内径为8.32米。

多国纷登月球火星，航天铝材喜迎新需，中国航天铝材跻身世界强国之列

随着中国跻身世界航天大国和强国之列，航天产业所需的铝材、铝基复合材料、铝制零部件等（除个别零部件外），已全部能自给，并且有些还是世界首创，居世界领先水平，如火箭系统的直径10m整体铝合金环件、大直径喷射沉积AI-Li合金锭及其挤压锻坯等。

直径10m级大锻环中国造

2003年以来，随着我国航天事业的飞速发展，大推力火箭和宇航器所需的铝合金锻环直径在不断加大，急需直径达5m及5m以上的锻环，而且除航天领域外，在中远程战略导弹及舰载火炮等兵器领域也同样需要大直径铝合金锻环。此前，由于设备能力所限，东北轻合金有限责任公司（简称“东轻公司”）只能生产最大直径2.9m的锻环，而且生产工艺落后、投料比大、成品率较低，已无法满足我国航天事业发展的需要。作为中国的铝镁合金加工基地，东轻公司审时度势，决定自主研发环轧生产线。2004年，东轻公司把环轧生产线列入了当年的重点建设项目之一，并于2005年6月开始设备的制造工作。2006年3月，环轧生产线安装工作全部结束。2006年6月，中国航天一院的领导就东轻公司参与研制“嫦娥工程”所需的超大直径铝合金锻环进展情况到东轻公司调研，并对东轻公司的设计方案和一系列工作给予了充分肯定。2006年9月12日，东轻公司一次试车成功，轧制出了直径达4m的铝合金锻环，不仅环轧机达到了设计要求，而且淬火炉的最大温差只有 29 ，全面达到了设计标准。

2006年12月30日，在东轻公司自行设计制造具有完全自主知识产权的环轧生产线上，生产出了当时国内最大的铝合金锻环，该锻环直径达5.15m、宽340mm、厚100mm，该公司成为中国火箭锻环的开拓者。

2014年12月，无锡市派克重型铸锻有限公司也成功轧制出了国内最大2219铝合金环锻件。该锻件外径8.7米，内径8.32米，高0.35米，是目前国内最大2219铝合金环锻件，它的问世，突破了国内2219铝合金环件数控碾环成形的多项关键技术，达到行业领先水平。

大型环锻件可广泛用于风力发电、石油化工、矿山机械、能源电站、航空航天、核电燃机等领城。而派克锻造的这块国内目前最大2219铝合金环锻件是某型号火箭配套的关键构件。该环件的研制成功，推动这家民营高 科技 企业成功转型，跨入航天配套领城。

据悉，该铝合金环件涉及多个领城和多项关键技术。后来该公司继续开展了环件热处理、应力消除、整体机械加工等工艺研究，以确保零件的形状及性能满足产品的技术要求和使用要求。

2015年8月初，广西南南铝加工有限公司的“大推力火箭用超大规格铝合金锻坯的开发”项目通过了广西壮族自治区工信委的鉴定验收，满足大规格铝合金整体环的生产，这是我国“十三五”时期重点发展的重型火箭国家重大工程项目所需的关键材料。

南南铝公司通过引进吸收和再创新，建成了目前世界上最先进的硬铝合金熔铸生产线，研究开发了熔体联动精炼、除气、过滤和铸锭多级均匀化热处理等技术，解决了熔体高洁净化、高性能超大规格铸锭半连续铸造成形和组织均匀性控制等重大技术难题，生产了直径1320mm、质量超过20t的超大规格硬铝合金铸锭，并与航天应用单位合作，在世界范围内首次实现直径 8500mm铝合金整体环的制造。

广西壮族自治区工信委组织了由航天设计和应用单位组成的验收专家组对该项目进行鉴定验收，专家组认为该项目完成了任务书提出的各项指标，整体技术达到国内领先、国际先进水平，一致同意通过鉴定验收。

2014年4月10日11点39分，随着轧环机缓缓停止转动， 中铝西南铝与天津特钢精锻有限公司合作研发的首件新型运载火箭用9m级超大型铝合金整体环件研制成功。这是目前世界范围内最大级别的铝合金整体环件。

研制出9m级超大铝合金整体环件，是中铝公司自成功开发出5m级环件轧制工艺技术，结束我国不能生产大规格铝合金巨型环件 历史 以来，在航天新材料领域实现的又一 历史 性突破！

近年来，随着国家重大机械装备制造业的发展，对高性能大型环件提出了迫切需求，大型环件的制造能力已经成为国家基础制造能力的标志和国防重要保障。2012年，中国航天 科技 集团进行材料调研时，提出了9m级超大型铝合金环件需求。

超大型环件传统制造工艺主要以铸造成形和焊接成形为主，但这两种工艺均无法满足承受重载、高冲击、超低温等恶劣工作情况所需的性能要求，必须采用整体制造工艺。但此时9m级整体环件的研发技术在国内依然一片空白，环件从5m级到9m级，技术跨度巨大。为满足国家需求，占领行业制高点，2014年，中铝集团在西南铝成立环件技术研发团队，预研工作正式启动。

要满足环件设计要求，必须突破环件铸锭熔铸、轧制成型、热处理、冷变形等多项关键核心技术难题，所有研制工作都要从头做起。

满足该整体环件对铸锭坯料的要求是研发团队必须啃下的第一块“硬骨头”。2014年，研发团队开始了超大合金铸锭的攻关。短短3个月时间内，研发团队依靠自主创新，研制出配套铸造工具，摸索出关键熔铸技术和铸造工艺，攻克了超大铸锭成型难关，铸造出满足技术标准要求的直径1350mm圆铸锭，为后期研制工作的成功打下了坚实基础。此后半年间，西南铝突破了锻压制坯和轧制成形两大关键技术，成功轧制出尺寸完全满足设计要求的铝合金整体环件，环件表面光滑无缺陷，尺寸完全达标，精度超出预期效果。

2016年8月25日，西南铝成功轧制出重型运载火箭用10m级整体铝合金环件，再次刷新世界整体铝合金环件纪录。这意味着我国深空探测装备硬件能力得到大幅提升，西南铝再一次实现了在超大型整体环件研制技术上的重大突破。

近年来，西南铝已为我国“长征”系列火箭、“神舟”系列飞船、“嫦娥”系列探月卫星、国产大飞机、世界最大口径射电望远镜等国家重大工程提供了大量关键材料，为我国国防建设和航空航天事业发展作出了突出贡献。

10米级铝合金锻环

据了解，10m级超大型铝合金环件是连接重型运载火箭贮箱的筒段、前后底与火箭的箱间段之间的关键结构件，是我国重型运载火箭研制能否取得新突破的关键材料，其制造技术是研制工作迫切需要突破的重大难题。

“重型运载火箭箭体结构为超大型薄壁结构，具有几何尺度大、结构刚度低、形状精度高、服役环境苛刻等难点，这就意味着作为关键结构件的整体环件制造过程面临全新的技术挑战。”西南铝总经理、党委副书记黎勇介绍，相对于9m整体铝合金环件，10m级整体铝合金环件要承受的重载、高冲击、超低温更甚，随着直径的加大，研制难度更大。

中国目前在用的各类运载火箭所需的铝合金锻环95%由西南铝提供。西南铝不断刷新航天用铝合金锻环的产品规格、技术性能、国内和国外纪录，为中国航天事业发展提供了可靠的材料保障。

铝合金复合材料器件，在北斗系统成功应用

中国科学院沈阳金属研究所多种相关材料器件在北斗三号全球卫星导航系统中成功应用，金属基复合材料课题组研制的多个成分的系列铝基复合材料 ，成功应用于北斗卫星的光学结构及20余个北斗卫星的电源模块散热载体。与传统铝、钛合金相比，铝基复合材料具有低膨胀、高热导、高弹性模量和良好尺寸稳定性等优点，可更好满足激光系统等对结构件的高精度和高可靠性要求；与钨铜、钼铜散热材料相比， 铝基复合材料的低密度可使电源模块散热载体减重70%以上。上述铝基复合材料对激光通信精度、卫星轻量化设计等发挥了重要作用。