他们攻下了火箭制造的世界性难题
他们攻下了火箭制造的世界性难题
在航天领域，火箭贮箱箱底被誉为箭体结构的“皇冠”。它承受内压、轴压、振动和冲击等复杂载荷的联合作用，是关系火箭整体可靠性的核心关键构件。然而，这个形似“大锅盖”的椭球型封头，直径可达数米，壁厚却仅有几毫米，制造难度极大。航天领域因此流传着一句话：“星等箭、箭等箱、箱等底”——卫星的发射要等火箭，火箭的生产要等贮箱，而贮箱的制造速度，往往卡在箱底这道“关卡”上。
2026年5月18日，天津哈工永兴科技有限公司的生产现场迎来关键时刻：一张直径2.25米、厚度仅4毫米的铝合金薄板，在超低温成形设备中一次成形，变成了一件表面光滑、无焊缝、无需机械加工即可直接装机的“光板”整体箱底。这标志着我国火箭结构制造关键技术实现跨越式发展，形成了国际领先的第三代箱底整体制造技术。
其中“从0到1”的技术突围，来自大连理工大学高性能精密成形团队自2018年以来的持续攻坚。“一路走来，过程并不轻松。我们接连遇到不少技术难题，但从没想过放弃。”超低温成形方向负责人、大连理工大学研究员凡晓波感慨道：“我们研究的技术对接航天装备，这份工作本身就带着沉甸甸的责任。航天事业向来要求脚踏实地，迎难而上。”
“光板”整体箱底。受访者供图
“反常发现”开辟第三大类技术
铝合金是运载火箭、飞机、卫星和空间站等高端装备的主体结构材料，在火箭结构质量中占比约80%，在民用飞机中占比达50%以上。新一代装备对轻量化、高可靠、长寿命的要求大幅提升，迫切需求采用整体结构薄壁件代替多块分体拼焊结构。
但这类铝合金薄壁整体构件偏偏“又大又薄”——以火箭贮箱箱底为例，2米级箱底壁厚仅4毫米、5米级箱底壁厚不到10毫米。厚度与直径之比远小于皱纹形成的极限值，一直是困扰产业界的国际难题。
“铝合金塑性低、硬化能力弱，整体成形时易发生开裂，如果强行增加工艺措施，反而会加剧开裂缺陷。”团队成员陈险烁博士介绍。现役火箭箱底制造工艺大多是把箱底分成瓜瓣与顶盖分别成形再组焊，大量焊缝不仅削弱可靠性，更使工序繁冗、周期漫长，成为制约火箭发射效率的“卡点”环节。
为避开薄板起皱难题，美国NASA和欧空局一度采用将几十毫米的大厚板先热旋制坯，再一点一点铣削到几毫米厚的方法。然而这种“先厚后薄”的减法加工，要削去90%的材料，既费料、费时，又极易切穿报废，难以实现低成本高效制造。
“我们团队在苑世剑院士的带领下，一直围绕铝合金薄壁结构整体成形难题进行研究。”凡晓波说。而他们的突破口，来自一个“反常态”的科学发现。
长期以来，金属薄壁曲面件的成形只有冷成形（常温）和热成形（高温）两大技术路径。传统认知中，金属在深冷环境下会变得又硬又脆，即所谓的“冷脆”现象——这通常被视为有害特性。
然而，团队在对服役态铝合金进行低温力学性能测试时，意外发现材料变硬的同时竟没有变脆。更令人振奋的是，进一步测试成形态铝合金后，一个梦寐以求的结果浮现：铝合金在超低温条件下，延伸率和硬化指数同步提升——这便是独特的“双增效应”。
“确认这一反常现象的那一刻，我们激动不已，”凡晓波回忆道，“这简直是成形领域梦寐以求的优异性能。”薄壁曲面件成形的核心机制，正是依靠硬化能力来调控变形分布、保证壁厚均匀性。超低温下，铝合金的塑性和硬化同时增强，硬化应力大幅提高，能够有效增大径向拉应力、削减导致起皱的环向压应力，从而一举破解了起皱和开裂并存的死结。
随着研究深入，团队发现“双增效应”并非在所有低温下都恒定存在，而是存在一个临界转变温度——只有冷却到特定程度，性能提升才会显著。不同牌号、不同热处理状态的铝合金，低温成形性能的提升幅度也各有差异。其凝练的超低温“双增效应”物理机制科学问题入选了2021年中国科协十大前沿科学问题。
正是基于铝合金超低温“双增效应”这一反常现象，团队提出了超低温成形技术原理，并通过调控应力场、优化变形路径，解决了大型超薄壳体起皱的国际性难题。“这是一项原创技术，”凡晓波表示，“我们利用铝合金超低温下延伸率与硬化指数同步提升的新现象，发明了国际领先的超低温成形技术，实现了成形技术‘跨越’。”
历经多年“理论—工艺—装备—应用”一体化创新，这项技术已逐步发展成与现有冷成形、热成形并列的第三大类成形制造技术，为中国航天注入了强劲的“中国底气”。
从方案蓝图到“腾空火箭”
原理验证之后，真正的挑战才刚刚开始。
航天一院型号团队早就提出了“光板”整体箱底的设计方案——无焊缝、无加强区，成形后不再加工直接使用。然而，受制于制造技术，这一方案始终无法落地。
“我们团队与航天一院设计制造团队有深入密切的合作，对于火箭制造过程中的技术卡点，我们也保持着长期的交流。”团队成员杨光博士介绍。从通过超低温成形新技术实现整体箱底成形，到真正在型号上使用，要经过非常苛刻的验证评审。
超低温成形作为一项新技术，合作团队起初并不了解，导致合作中技术与型号分工的边界有时候并不清楚。通过多轮的型号迭代和工艺验证，大连理工大学团队深度参与设计，让合作团队也充分了解技术的特点，最终实现了设计制造与型号应用的一体化融合。
2025年9月9日，搭载团队技术产品的CZ-7A遥十四火箭成功发射。本发火箭首次采用超低温成形工艺直接制造出“光板”超薄整体结构箱底。该箱底成形后无需机械加工即可投入使用，极大地提升了生产效率，显著降低了生产成本。
“发射当天我就在现场，看着CZ-7A遥十四火箭腾空而起，内心满是激动与自豪，”凡晓波回忆道，“数年钻研的技术产品成功应用于航天任务，是日夜攻坚最好的回报。”