长征九号：中国未来火箭之王，高温合金强心脏
长征九号：中国未来火箭之王，高温合金强心脏
近日，长征九号火箭总设计师张智在航天科技集团第十二届珠海航展媒体通气会上首次公开介绍了长征九号的有关情况。其中，关于这“科幻级”的中国未来火箭之王，何时能走入现实的问题，张智表示，长征九号计划在2028年至2030年首飞，目前研制进展顺利。此外，长征九号将作为中国新一代运载火箭中的一员，不日将于珠海航展上向大家推介。
长征九号等火箭尺寸对比图
众所周知，发动机在火箭上的重要地位堪比心脏对人体的重要性。想想，若是发动机这颗“心脏”停止了跳动，也就是没了动力，火箭动都动不了，哪里还能升天啊！而这也意味着火箭发动机技术是航空航天高科技极其重要的组成部分。
首先，我们先了解一下长征九号的大概，它的高度超过九十米，箭体直径为十米级。这点很重要，没有足够大且强大的“身体”，怎么装得下“五脏六腑”，何况还不止五个“心脏”呢。话说，人可是有且仅有一颗心脏，可是吧，这长征九号有着比九尾狐尾巴数量更多的“心脏”。接着，我们一起来数一数长征九号的“身上”到底装了多少颗“心脏”，这样我们更能明白其重要性，虽不可言喻，但不容忽视。以下拿出长征九号的几颗“心脏”供大家想象：
——芯一级配置4台500吨级推力高压补燃液氧煤油发动机
——芯二级配置2台220吨级推力高压补燃氢氧发动机
——芯三级配置4台25吨推力膨胀循环氢氧发动机
——每个助推器配置2台液氧煤油发动机
液氧煤油发动机
尤为重要的一点是，这些个发动机的材料要足够好，才能个个有足够强的“生命力”推动火箭，使得火箭整体的性能达到最佳水平，从而适应太空环境对其提出的高要求。因而，通常要求发动机这颗“心脏”要有极佳的耐高温、耐极低温、抗疲劳、抗腐蚀等性能，也要有高的比强度、比刚度和良好的加工性能。其中，比强度也就是“强度－重量比”，由材料的强度（断开时单位面积所受的力）除以其表观密度所得。而比刚度也就是“比弹性模量”，是指材料的弹性模量与其密度的比值。
所以呢，不管怎么说，这颗“动力心脏”至少得是高温合金长成的。而这就得先说说发动机的工作原理，也就是发动机是怎么获得推力的？大部分的火箭发动机都是靠排出高温高速燃气来获得推力，固体或液体推进剂在燃烧室中高压燃烧产生燃气。你想吧，要获得那么大的推力上太空，这得要多少燃气啊？而这自然得能持续耐高温，在极限超高温下保持高强度且轻盈的材料——某种高温合金——才能满足吧。
电子束焊接火箭发动机喷注
据悉，目前，用于火箭发动机耐高温合金的材料主要以一定量的镍或者钴为基础，再添加一些诸如钨、钼、铼、钛、铌、钽、锰、铝、钒等难熔金属而成。然而，火箭发动机材料的研发可不是一般的复杂，需要特殊的配比才能将各种难熔金属的性能发挥到极致。当然，这也意味火箭“动力心脏”的材料配方是各国航空航天工业的核心机密，哪是我等可以知晓的。但是，据已经公开的资料来看，火箭发动机的喷管、燃气舵、空气舵和鼻锥等部件都是采用钨铜合金材料制成的。
钨铜合金材料的魅力何在？钨铜合金可以耐得住高温（3000K~5000K）、经得住高温气流冲刷，此外，钨和铜的组合可是“大丈夫”般的存在，“能屈能伸”。为何这么说？铜在高温下挥发形成的发汗制冷作用（铜熔点1083℃），可以降低钨铜合金表面温度，这使得采用钨铜合金制成的发动机部件可以在高温极端条件下使用。
