自制固体火箭教程;如何自制固体火箭发动机

航空航天相关的技术，一般都直接跟高精尖三个字挂钩。火箭固体发动机的制作，当然也应该配备顶尖的制作工艺。可事实却是，这种的雕刻塑性，还在用最原始的手工雕刻。

还需要雕刻？而且还是人工？看来航空航天技术也没那么高精尖嘛。有这样的想法，说明你对固体发动机了解不深。固体发动机的人工雕刻，其实就是发动机固体燃料的微整形。

固体发动机里的手工雕刻

固体火箭发动机跟液体火箭发动机燃料成分很不一样。顾名思义，液体火箭发动机的燃烧剂和氧化剂都是液体形态，所以没有塑性方面的需要。但是它的储存条件，决定了它不能常驻在火箭发动机中。

一旦需要紧急发射火箭，光是加注这种液态燃料，都需要几十分钟。固体火箭发动机燃料，则方便储存，可以随时拿出来发射，在战略反击方面有很大的意义。

但是固体燃料的形状，并不像大家想象的那样只是一根圆棒。它的燃烧参数，是靠燃料截面形状去控制的，而是有着星形、雪花晶体形等等复杂的几何形状。截面形状不同，燃烧的时间、快慢、瞬时推力都是不一样的。

星形截面的固体燃料

所以火箭要想打得精准，必须经过精密的测算设计和制作。要制作固体火箭发动机燃料，首先要把一个带有内芯的模具，吊装进浇筑地坑当中，再将已经混合好的浆状燃料，倒入模具当中。

这个程序有点像蛋糕店，把面粉、巧克力粉、砂糖、奶油混合后，再倒进蛋糕模具的样子。不过固体燃料的“浆状物”搅拌，不能像做蛋糕那样随意搅拌。

浇筑完成后要静置一段时间，让浆状物形成挤压，将浇筑过程中带进的空气挤出去。药柱浇铸完成、静置排气后，要进入到低温烘烤使其固化。温度太高容易引起药柱自燃，并且烘烤温度太高会让药柱内外固化不均匀，产生细微的拉裂裂纹。

必须要50的低温，才能让药柱内外受热均匀，在同一时间固化。然而浇筑这个工艺本身，就具有一定的缺陷，依赖自流平性。最终的浇注面，无论是形貌还是尺寸，都不可能控制得非常精确。

浇筑静置后的固体燃料

所以药柱在烘烤和脱内芯后，远达不到精确的设计尺寸要求，会产生类似金属铸造那样的毛刺，并且药柱凝固过程中，还会产生一定的收缩。而固体燃料要求的一体化程度非常高，不允许再次进行补充浇筑，所以药柱在经过浇筑和烘烤后，最好还要有余量。

不能完全按照设计的尺寸去铸造，比如说药柱直径是2米，铸造后毛坯可能就是2.01米，多的这个0.01米就是余量。等推进剂固化成型后，再切去多余部分和残留的毛刺，这跟金属铸造的毛坯件需要精加工一样，只是火箭推进剂的要求更高。

要使用超声波探伤仪和放大镜，对药柱的每一平方毫米进行仔细检查，不能放过任何一道细微的裂纹 一个细小的气泡。否则极可能导致火箭发射时，由于发动机燃烧不均匀而发射失败。

然而给火箭推进剂修型，并没有说起来这样轻松写意，雕刻加工的难度非常大，属于无法修复的不可逆过程。一刀切下去稍有不慎就会造成过深的划痕，这样整个药柱就算彻底报废了。

谨慎雕刻的大国工匠——徐立平

更加危险的是它化学分子结构异常活跃，整形操作时操作人员就像躺在包上，一旦刀具不小心碰到壳体或摩擦力过大发生静电放电，就会瞬间引起燃烧甚至爆炸。

一个火柴盒大小体积的燃料燃烧，就能产生上千的高温，还没有任何方法可以灭火。产生的气体，通常也有一定毒性和腐蚀性。那么假如重达几十、上百吨的燃料柱被点燃，兴许整个厂房都保不住，还会造成巨大的人员伤亡。

被誉为“雕刻的大国工匠”的国家高级技师——徐立平，就曾有一名工友在雕刻时，因为刀具碰撞到火箭金属外壳产生火花，导致燃料燃烧，当场牺牲。既然人工操作这么危险，全机械操作可不可以呢？

很遗憾，国内外的火箭推进剂加工，基本都离不开人工。首先就是固体火箭发动机的药柱不是干硬状的，它要在配方当中加入一些弹性剂，目的就是防止在自然环境下干裂。

国外火箭固体燃料雕刻现场

既然是有弹性就会有韧性，就要去除它多余的部分，除去危险性的考虑。在人看来这是一个不太难的动作，但是让机器来做非常非常难。操作师自己做出判断和操作的经验和技术，翻译给机器。

就是多次的识别、测量、匹配和分析，开发这样一套系统的成本，要远远高于一个熟练的技工。要是这样一套系统，可以重复多次使用也就罢。但是不同尺寸的火箭推进器，都属于小批量或单件生产。

像中国2018年一整年，就只发射了34枚火箭。虽然这34枚火箭，让中国成为了2018年发射火箭最多的国家，但是还是远远不足以为此专门设立一条生产线，更何况这其中也不全是固体火箭发动机。

小批量订制专用加工设备，成本实在太高了，而且凡是电器设备，都会产生静电。固体燃料恰恰对静电、摩擦、火花都非常敏感，所以必须要高级技师手工修型才行。从NASA火箭固体燃料修整的视频来看，他们也是靠人用特殊工具进行修整的。

虽然雕刻师这么重要，但是他仍然是一个不折不扣的小众冷门职业。工作总量小、技术要求极高、工作危险性极高。整个中国的从业人员，也不超过20个。

他们以精湛的技艺、超人的胆量，无私奉献的报国热情，默默无闻地战斗在鲜为人知的军工生产第一线，助力一代代的大国重器腾空而起，为保卫我国的国家安全和战略利益，做出了突出贡献。

徐立平及其团队成员

前面提到的徐立平，就是其中不得不提的杰出代表之一。0.5毫米是药柱的药面精度所允许的最大误差，而徐立平雕刻的精度却可以控制0.2毫米以内，毫厘不差一刀到位的绝技令人叹为观止。

精准的刀工

可是为了练就这身本领，徐立平也付出了常人难以承受的巨大努力和代价。从1987年参加工作以来，徐立平夜以继日地苦练刀功和手感，光是用坏的刀具就超过30把。

有时候还需要把整个身体都钻进药柱里面进行作业，其风险性是不言而喻的。一旦出现哪怕是一点点细微的失误，威力强大的瞬间就可以把人烧成灰烬，连逃命的机会都没有。

由于保持固定的姿势长期在封闭空间雕刻，近距离地接触有毒性的，徐立平患有严重的职业病后遗症。身体出现畸形，头发也脱落了大半，但是依然无怨无悔坚守岗位将近30年，并带出了一批技术精湛的徒弟，让我国的雕刻事业后继有人。

让从事这个职业的工作人员，长期命悬一线，显然不是一个正确的选择。所以我国正在加紧研究，以3D打印精确制造技术为基础的，自动化药柱加工工艺。雕刻师这个职业，有望在不久的将来，真正成为历史，至少在固体火箭推进剂的制作中，不会再有人必须要在国家和性命之间做出抉择了。