『?餃子皮』的智慧，也能造出火箭燃料箱底？中國科學家用十年攻關給出肯定答案。大連理工大學高性能精密成形團隊攜手天津永興科技有限公司，在天津薊州經濟開發區建成國際領先的4米級整體箱底生產線，讓『光板』箱底實現穩定批量生產。5月18日，首批產品正式下線，標志著我國運載火箭貯箱關鍵構件制造從『毛坯成形』大步跨入『產品淨成形』時代。
新跨越 打破核心技術難點
在火箭龐大而精密的結構中，有一個部件被形象地稱為『皇冠上的明珠』——燃料貯箱的箱底。不妨想象一下：一個紙箱如果裝得太重太滿，底部就會變形甚至開裂。火箭燃料貯箱的箱底承受的考驗遠比這嚴酷——裡面裝滿液氧、煤油或液氧甲烷等推進劑，不僅要承受內部壓力和軸向壓力，還要應對劇烈的振動與衝擊載荷，受力極為復雜。若箱底是平板，受壓後就會向外鼓起，因此必須做成橢球形底。更關鍵的是，火箭要飛向太空，貯箱越重，有效載荷就越少，能搭載的衛星也就越有限，所以，做出足夠深、足夠薄、又不起皺的箱底，正是當今制造技術的核心難點。
大連理工大學高性能精密成形研究所凡曉波教授團隊在苑世劍院士帶領下，歷時近十年，成功研發世界首創的鋁合金超低溫成形技術，讓火箭燃料貯箱箱底告別傳統拼焊和厚板銑削的老路，實現『一次成形、無需加工』的跨越。
新思路 超低溫成形技術解難題
隨著商業航天上昇為國家戰略，到2030年，我國衛星發射需求預計近1000發。而傳統方法制造一個火箭燃料貯箱的箱底，需要數天甚至幾十天——產能缺口巨大。
箱底為何難造？因為它『又大又薄』。凡曉波介紹，燃料貯箱像一個桶，桶身相對好做，但底部的箱底要把整個容器兜起來，形成封閉的壓力容器。箱底直徑超2米，壁厚僅幾毫米，『就像用一張紙那麼厚的薄板來壓一口鍋』，極易起皺和開裂。國外主流技術采用幾十毫米厚的厚板旋壓成形，再通過大量切削加工『削』到幾毫米厚，材料利用率低、加工周期長，而且大型旋壓機對中國封鎖了半個多世紀。
如何破解？關鍵在調控材料成形性能。凡曉波打比方說：『就像?餃子皮，面揉得筋道就能?得又大又薄；水加多了太軟容易破，水少了又不成形。』傳統思路要麼常溫成形，但容易開裂；要麼加熱軟化，這麼做反而更易開裂，還會破壞組織性能。研究團隊發現了鋁合金的超低溫『雙增效應』——在足夠低的溫度下，鋁合金不僅不變脆，反而變強、變韌，塑性大幅提昇。這一反常現象入選了2021年『中國科學十大前沿科學問題』。經過多年攻關，團隊已完全掌握不同牌號、不同熱處理狀態下鋁合金的超低溫變形行為，並據此發明了超低溫成形技術——在超低溫下可以施加更大的徑向拉應力來降低環向壓應力，從根源上抑制薄殼起皺，同時避免開裂。
新工藝 工期縮短90%以上
原理有了，還要解決工程難題：如何將直徑幾米的模具均勻冷卻到預定超低溫？團隊突破關鍵技術，研制出世界首臺大型超低溫成形設備，具備4米級構件整體成形能力，可滿足我國主流火箭型號的貯箱制造需求。
以長征七號甲火箭為例：它有4個助推器，每個助推器有2個燃料貯箱（液氧箱和煤油箱），每個箱需要2個底，一枚火箭就要用16個2米級箱底，批量制造難度極大。傳統工藝下，箱底制造周期很長，一條生產線每年只能生產兩三發火箭所需的數量，而現在的需求已是每年十幾發甚至幾十發，產能遠遠跟不上。
如今，用國產設備就能實現『不切不磨、生產快速、質量過硬』。設備直接用4毫米厚的薄板，一次壓出直徑2.25米的箱底，做出來就是成品，無需任何後續切削打磨——這叫『淨成形』。過去要把多塊瓜瓣形的鋁板拼焊在一起，經過20多道工序，少則幾天、多則幾十天，新方法則直接把工期縮短90%以上，最快半天就能制成一件箱底。成品厚薄均勻、內部應力小、尺寸一致，材料性能達到最高強度狀態，幾乎不出廢品。凡曉波表示：『現在箱底一次成形，後續只需在關鍵位置開出相應的功能孔，效率大大提昇，這項技術有望打破火箭制造的產能瓶頸，滿足未來高密度發射的需求。』
這項完全自主創新的技術，一舉打破了國外在大型旋壓裝備上長達半個多世紀的封鎖，更以『一次成形、無需加工』的『冷』工藝，為我國商業航天的高可靠、低成本、短流程制造開闢了一條熱氣騰騰的新賽道。
廣合作 為深空探測提供支持
參與加工制造的天津永興科技有限公司，是一家高端制造領域的骨乾企業。自2018年落戶薊州以來，深耕汽車零部件和航天精密構件領域，產業規模不斷壯大，產值逐年穩步攀昇，2025年產值達到2.5億元，逐步成長為薊州區具有核心競爭力的科技型企業。
公司還與大連理工大學高性能精密成形研究所建立了深度融合的產學研合作，建成4米級生產線，一年可產出1000件整體箱底，有效緩解『星等箭、箭等箱、箱等底』的緊張局面，為我國商業航天和深空探測領域發展提供了堅實可靠的硬核支橕。公司技術總監倪世民介紹：『公司二期預計2026年底竣工並投入使用，建成後將成為薊州區唯一一家可實現汽車總成焊接的公司，同時航天車間可實現火箭主要部件制造，充分滿足航天領域不斷增長的市場需求。』
文/攝 記者 李梅旭
