中国发动机材料如何实现全球领先的跨越

t：从跟跑到领跑，中国发动机材料凭啥全球领先？《防务新闻》曾经发表过一篇评论，毫不夸张地说中国钨合金的突破不再是简单的材料升级，而是航天动力系统的范式革命。它彻底打破了西方国家主导的冷却降温思路，用一种全新的材料重新定义了航天发动机的设计规则。

可能有人会好奇既然钨合金这么牛，为什么其他国家造不出来？答案很简单，钨合金的炼制过程堪比科幻级炼金术，难度远超所有人的想象。

先看一个关键数据，钨合金的熔点高达3100°C，这个温度是什么概念？比地面上任何一座火山的岩浆温度都高(普通岩浆温度只有1000-1500°C)，比太阳表面温度的一半还高(太阳表面温度约5500°)。

要炼制铌钨合金首先得把铌、钨两种金属粉末熔化成液态，然后再冷却凝固，形成均匀、无缺陷的合金材料。但问题来了，地球上任何一种坩锅用来熔化金属的容器只要一接触3100°C的高温都会瞬间熔化，还会污染液态金属。这就相当于用纸杯煮岩浆，还没等岩浆烧开纸杯就已经灰飞烟灭了，根本不可能完成熔化过程。

美国、欧洲的科学家曾经尝试过用各种方法解决这个问题。有人用陶瓷坩锅，结果坩锅熔化后污染了材料；有人用激光悬浮熔化，结果在地球重力的影响下液态金属会分层、变形，冷却后形成的合金材料布满缺陷，根本达不到航天发动机的使用要求；还有人尝试用高压气体隔离容器，结果成本高到离谱，还无法实现批量生产。

就在所有国家都束手无策的时候，中国科学家给出了一个令人拍案叫绝的解决方案。既然在地球上练不出来，那就把实验室搬到太空去！没错，就是利用天宫空间站的微重力环境来炼制这款金属王者，这也是中国航天最牛的地方，把太空变成了炼丹炉。央视纪录片《太空炼丹炉》详细记录了整个炼制过程，看了之后你一定会被中国科学家的智慧折服。

首先科研团队把铌钨金属粉末做成细小的样品，通过天舟货运飞船送到天宫空间站。从2021年9月开始，魏纳波院士团队的10余种数百个难熔合金样品先后分6批次进入空间站，在无容器材料实验柜中开展实验，积累了大量关键数据。进入空间站后，航天员会把样品放入无容器材料实验柜，这个实验柜就相当于太空炼丹炉，里面藏着两大核心黑科技。

·一、悬浮术。利用静电场产生的力把金属样品稳稳托在半空，让它完全脱离容器接触，杜绝杂质污染。

·二、三昧真火。也就是双波长激光系统，半导体激光负责强攻金属表面，二氧化碳激光负责渗透加热内部300瓦的大功率输出，能轻松把铌钨金属粉末瞬间熔化成悬浮的炽热小太阳。

更关键的是天空空间站的微重力环境彻底解决了地球重力带来的难题。在地球上，液态金属会因为重力分层，重的金属沉下去，轻的金属飘上来，冷却后形成的合金材料质地不均匀、布满缺陷。但在微重力环境下，液态金属会在表面张力的作用下变成一个圆滚滚的液球，均匀收缩、冷却，最终形成的晶体结构完美无缺陷，纯度也达到了惊人的99.999。

可能有人觉得0.499%的纯度差距不算什么，但在航天领域，这0.499%的差距就是能用和不能用的天壤之别。地面上炼制的铌钨合金纯度只有99.5%，里面的微小杂质会在高温环境下膨胀、破裂，导致材料强度下降，根本扛不住2500°的高温。而太空熔炼的铌钨合金因为纯度足够高，杂质极少，才能在岩浆级高温下屹立不倒，稳定运转数百小时。

除了炼制难度大，铌钨合金的转化速度更是给了西方国家致命一击。从2024年太空实验成功，到完成材料性能验证、原型机制造、工艺优化，再到实现量产交付，中国只用了整整14个月，这个速度放在全球范围内都是绝无仅有的。

再做一个横向对比，美国GE公司研发同类耐高温合金花了8年时间至今还没量产，欧洲空客普罗米修斯项目因为材料问题推迟了12年，预计2030年才能初步量产。俄罗斯的rd180发动机涡轮前温度只有1650°C，比中国铌钨合金的耐温能力低了850°C。而且研发周期也花了6年时间。

《防务新闻》对此评论道：中国铌钨合金的快速转化不仅是材料领域的突破，更是中国航天工业链整体跃升的证明。从基础研究、太空实验到工程制造、量产交付，中国已经形成了一套完整的航天材料研发体系，这种体系化优势是西方国家无法企及的。

说到这里可能有人会问：铌钨合金的突破到底能给中国航天带来哪些实际变化？分领域来说，每一个变化都足以改写全球格局。

·首先是火箭发动机领域，这也是铌钨合金最直接的应用场景。传统火箭发动机因为材料耐温不足，不得不靠冷却系统降温，导致推力受限、重量增加、成本居高不下。而应用铌钨合金后，火箭发动机可以彻底取消冷却系统，重量大幅减轻，推力大幅提升，使用寿命也会大幅延长。这就相当于给火箭换上了一颗超级心脏，让中国火箭的运载能力、性价比直接跃居全球第一。

拿长征九号重型火箭举例，这款火箭是中国未来载人登月、火星探测。