一提到火箭貯箱，大家腦海里都會(huì)呈現(xiàn)出它如膠囊殼一樣的外形，中間圓柱形，兩個(gè)底部是像鍋底一樣的橢球形。現(xiàn)在，它的底部變成了錐形，就像一個(gè)漏斗。這看似簡(jiǎn)單的形狀改變，卻能讓火箭重量更輕、力氣更大。
△5米直徑錐底結(jié)構(gòu)貯箱 △5米直徑橢球結(jié)構(gòu)貯箱
左圖是我國(guó)首件5米直徑的錐底結(jié)構(gòu)貯箱，由中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院（簡(jiǎn)稱“火箭院”）研制。別看只是變了些許形狀，它卻改變了我國(guó)延用多年的運(yùn)載火箭貯箱設(shè)計(jì)方法，讓火箭貯箱底能夠承受發(fā)動(dòng)機(jī)的推力，在產(chǎn)品研制、貯箱焊接上都有里程碑式的意義。
也許有人會(huì)問(wèn)，為什么要將橢球形改為錐形呢？
眾所周知，火箭的自重越輕，攜帶的燃料越多，其運(yùn)載能力就會(huì)越大?；鸺O(shè)計(jì)師們一直在火箭的整體布局、制造工藝等方面想辦法，減輕火箭的自身重量。
火箭院總體設(shè)計(jì)部設(shè)計(jì)師董曼紅說(shuō)，傳統(tǒng)的火箭貯箱只能承受內(nèi)部燃料給它的壓力。火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的推力都靠火箭后過(guò)渡段承受，再將力均勻擴(kuò)散到箭壁殼上。這樣的傳力路徑長(zhǎng)，占據(jù)箭體空間大。為了節(jié)省空間，我們提出了一種傳力路徑短、技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)小、結(jié)構(gòu)效率高的聯(lián)合傳力方案，將橢球形箱底改為錐底，這是國(guó)內(nèi)首次采用箱底傳遞大推力的方案。
那這樣的設(shè)計(jì)能帶來(lái)什么樣的好處呢？
董曼紅介紹，目前通過(guò)試驗(yàn)計(jì)算，錐形結(jié)構(gòu)的火箭貯箱能承受火箭發(fā)動(dòng)機(jī)55%的推力，采用該貯箱的火箭部段可減重15%?；鸺白灾亍陛p了，就能“送”更重的有效載荷上天。
有更多的網(wǎng)友關(guān)心了，如果有這么多好處，為什么以往不采用這樣的設(shè)計(jì)呢？
董曼紅說(shuō)，雖然看起來(lái)只是一個(gè)形狀的改變，但在火箭貯箱設(shè)計(jì)中，這是一場(chǎng)顛覆性的變革。比如，錐底角度的大小就是其中一個(gè)關(guān)鍵因素，反復(fù)經(jīng)歷了多次修改。
錐角直接關(guān)系著貯箱能承受發(fā)動(dòng)機(jī)推力的大小。錐角小，火箭的長(zhǎng)度會(huì)加長(zhǎng)，不利于減重；錐角大，不利于傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)的推力，而且錐底很容易因失穩(wěn)而遭到難以預(yù)料的損壞。因此，設(shè)計(jì)師們采用對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)架、貯箱、后過(guò)渡段聯(lián)合設(shè)計(jì)的方式，反復(fù)迭代不斷優(yōu)化，最終才確定了錐角大小。
△5米直徑錐底結(jié)構(gòu)貯箱正面
這樣的設(shè)計(jì)必然會(huì)對(duì)制造工藝提出更高的要求，又是怎么解決的呢？
目前，與我國(guó)傳統(tǒng)火箭貯箱相比，5米直徑錐底結(jié)構(gòu)貯箱后底焊接區(qū)厚度增加一倍，箱體結(jié)構(gòu)的剛性也顯著增強(qiáng)，無(wú)論是裝配工藝，還是焊接工藝角度，錐底結(jié)構(gòu)的貯箱生產(chǎn)難度都遠(yuǎn)超現(xiàn)有型號(hào)產(chǎn)品。
承接了這項(xiàng)任務(wù)后，天津航天長(zhǎng)征火箭制造有限公司（以下簡(jiǎn)稱“天津火箭公司”）組織力量開展了大量的焊接工藝攻關(guān)試驗(yàn)，制定了全新的焊接工藝，確定了相應(yīng)的成型方法，解決了該貯箱結(jié)構(gòu)復(fù)雜、焊縫位置特殊、焊接厚度大等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了5米直徑錐底結(jié)構(gòu)貯箱的高性能精確成形。
△正在安裝的錐底結(jié)構(gòu)貯箱前底
△錐底結(jié)構(gòu)貯箱筒段完成翻轉(zhuǎn)
目前，該貯箱已完成生產(chǎn)，并通過(guò)了相關(guān)的試驗(yàn)驗(yàn)證，將在我國(guó)新一代載人火箭上應(yīng)用，為我國(guó)運(yùn)載火箭結(jié)構(gòu)輕質(zhì)化設(shè)計(jì)提供了技術(shù)支撐。