2019年4月,我國自主研制的500噸級推力商業航天固體運載火箭地面試車取得圓滿成功,標志著我國大推力、高質量比固體運載火箭關鍵技術取得重要突破。作為當前我國直徑最大、推力最大的固體運載火箭,采用多項原創性、引領性技術方案,攻克了新型裝藥工藝與材料制備等關鍵技術,平衡了大型固體運載火箭成型制造難度與高性能、高可靠、高安全之間的需求。
在這個中國最大的商業航天大型固體運載火箭地面試車成功后,航泰科技創新團隊的伙伴們激動地擁抱到一起。在項目原創性技術方案實施和材料制備關鍵技術攻克方面,他們扮演了相當重要的角色。為了項目的持續攻關,團隊成員在發射基地一線堅守數月。
這并非是航泰科技第一次參與火箭發動機的材料研制工作。中國首枚民營運載火箭發射升空、快舟固體運載火箭連續發射、某新型號產品亮相閱兵式,近兩年在我國航天領域具有重要歷史意義的幾項標志性成果中,航泰科技都參與其中,其產品和技術都得到充分地驗證。
“看著發動機點火噴出的火焰,聽著火箭飛越天空的呼嘯,很驕傲,我對我們的堅持也有了更深的理解。”航泰科技創始人、董事長廖俊說。
用心做創新之材,打造飛天之“舟”
2019年12月底的湖北航泰科技有限公司依然繁忙,各部門正在快速運轉,航泰科技正開足馬力向前進。
航泰科技參與到多個新型號產品開發和國家重要項目中,不知情的人,會以為航泰科技是“國家隊”。事實上,航泰科技是一家年輕的民營企業,2016年才成立。
年輕的航泰科技為什么能在航天新材料領域里站穩腳跟,讓業界關注呢?據航泰科技兩位創始人董事長廖俊和首席科學家黃馳介紹,航泰科技匯聚的創新團隊長期從事精細化學品和新材料的研究開發和產業化工作,在有機硅化合物及材料、氟硅改性材料、功能高分子材料、樹脂基復合材料、文物及建筑保護材料,以及航空航天用特種材料、器件與裝備等有著20多年的研究開發經驗。因此,對于航泰科技來說,能快速參與到相關項目的研發并取得成功得益于有著深厚的技術沉淀。
技術總是伴隨著創新。創新這個詞說起來簡單,但要貫穿下去不容易。廖俊強調,航泰科技的發展都是圍繞創新而鋪開,倡導基于原理的創新,并在原有的技術積累基礎上結合應用領域的實際需求來進行再創新和集成創新。
這里重點介紹一下航泰科技一體化成型固體火箭發動機復合材料噴管的創新過程。
作為讓火箭獲得推力并調節推力大小和方向的部位,火箭發動機噴管是固體火箭發動機工作環境最為極端和惡劣的部位,發動機故障三分之二以上的問題出在噴管上。
傳統的固體火箭發動機噴管采用高強度金屬材料制成,噴管密度高、消極質量大,強度有限,難以滿足大運載能力的需要;之后用采用復合材料噴管替代傳統的金屬材質噴管,明顯減輕火箭發動機的消極質量同時提高其使用性能,但是各組件拼裝結構復雜,工藝冗長且可靠性受限。為了解決這些痛點,航泰科技在總體單位指導下,在設計、工藝和材料三個方面都進行了大膽創新。
在關鍵材料創新上,為了解決原材料“卡脖子”問題,航泰科技自主開發出碳纖維復合材料用特種樹脂,從材料角度攻克復合材料噴管高性能和輕質化難題。
在工藝創新上,成功開發了一體化成型及加工工藝,這一先進制造技術的應用,在減輕噴管重量的同時克服了傳統的裝配式復合材料噴管裝配間隙不可控、裝配成型工序多、粘接界面不牢靠等缺點,從工藝角度解決可靠性和輕質化難題。
有了材料和工藝的創新,就可以支撐設計上的大膽創新。通過三大創新研發出的一體化復合材料噴管,就有了輕質化、性能全面提升、安全可靠性高、制造成本低的優勢,能滿足運載火箭的最新需求,推動固體火箭發動機的升級換代。
“航泰科技目前一體化成型工藝技術,已能完成各分項工序和關鍵技術的開發,能成熟運用于各種規格復合材料噴管的制造。經過應用驗證,可以達到國際先進水平。”廖俊對《大國之材》表示。
短短三年,航泰科技獲授權發明專利和新申請的專利已有7項,通過了總體和應用單位產品定型評審達到10多項,為未來的發展打下了堅實基礎。
回看航泰科技的這幾年,它的成長來自于扎扎實實搞研發和創新。
協同創新生態鏈模式,共譜融合新篇
在短期內逐步完成了材料研制到成功應用,實現了“從0到1”的進化過程,航泰科技能夠發展得如此之快,除了自己的自主創新外,還得益于政策的支持。
由于技術的復雜性和保密性,中國航天產業長期以來由國資背景的機構和企業主導,并沒有對民營資本過多開放。
2014年11月,國務院首個支持商業航天發展的政策《國務院關于創新重點領域投融資機制鼓勵社會投資的指導意見》出臺,意見中明確鼓勵民間資本進入衛星研制、發射、運營等整個產業鏈。
2015年軍民融合發展更是上升到國家戰略層面。在政策的支持下,民營航天在2015年多點開花,形成燎原之勢。可以說,航泰科技的進步,是天時地利人和共同作用的結果。
傳統意義上,航空航天研制領域具有武器裝備生產的資本密集、技術密集、保密要求嚴、質量要求高等特點,同時作為工業技術最尖端的領域,還存在生產批量小、前沿技術多、產品集成度高、國際合作壁壘高等門檻。正是由于航泰科技厚重的積累具備了這樣的競爭優勢,使得其可以在這一領域占得一席之地,成為國家隊的有力補充。
除了自身的積累,航泰科技形成了一套商業模式,探索在協同創新平臺基礎上,與總體設計單位、任務需求單位聯合設計研制、實驗驗證和應用推廣。
2017年5月,由航天領域總體設計單位、高校、航天制造企業、航泰科技及其他相關企業和創投機構發起的湖北省航天動力與材料技術軍民融合協同創新中心正式揭牌。
廖俊介紹,航空航天項目存在投入大、周期長、風險大、門檻高等特性,而通過協同創新生態鏈模式,各個環節的單位互助合作,多渠道融資,共同承擔風險,各個環節的時間也大大縮短。
“好風憑借力,送我上青云。”目前,航泰科技重點發展高性能特種功能材料、制品與器件,已經實現小批量生產,在提高性能和降低成本的同時,生產效率提高了1/3以上,競爭優勢明顯。
目前,航泰科技的精密制造項目已經建成投產,特種高分子材料和復合材料試制成功,應用于重點項目的產品得到了相關單位的肯定和嘉獎。成為國家高新技術企業,獲批湖北省雙創戰略團隊,獲得第八屆中國創新創業大賽新材料行業總決賽一等獎、“2019創新湖北·國際科技創新創業大賽”第一名等獎項也是最好的佐證。
航泰科技開拓的腳步仍在繼續。
2019年10月,湖北航泰科技有限公司商業航天材料項目開工,既包括固體火箭發動機復合材料殼體制造用結構性樹脂材料,也包括固體火箭發動機用特種高分子材料,還包括各類航空航天用碳纖維復合材料及制品,廖俊對《大國之材》表示,這些項目全部建成達產后可實現銷售收入數億元。
從軍用到民用,開拓更廣闊的市場空間
航泰科技找到了適合自己的位置。如今,創新創業團隊正在思考未來的方向。
按照目前的發展規劃,航泰科技以商業航天所需的高性能特種功能材料和裝備為突破口,重點發展特種功能材料、特種制品和器件、特種設備和裝備三大業務板塊,以滿足航天航空和其他新興戰略產業的需求。比如根據已開發和驗證成功的項目經驗,結合商業航天市場,擬建設多種規格、年產數百件的一體化成型復合材料噴管生產線。廖俊介紹,預計五年內將達到百億級的市場規模。
按照航泰科技的計劃,結構功能一體化的纖維增強復合材料可以應用到很多的領域里,下一步主要策略是采取升維思考、降維打擊、跨維競爭的方式,開拓諸多民用高端市場。
無論是體育休閑行業的潛水、沖浪,或是汽車領域的發動機罩、傳動軸,還是電子信息行業的結構功能性材料,結構功能一體化纖維增強復合材料都能在這些領域大有作為。
民營企業涉足高端材料和裝備制造,道路且長。這意味著挑戰,也意味著無限的可能,航泰科技正在開拓更多的可能性。
仰望星空,腳踏實地,面對空間廣闊的市場,航泰科技正在加快提高自身的競爭力,將挑戰和機遇變成自身發展的動力。
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