今年的國慶檔電影市場依舊火爆，作為“國慶三部曲”的終章，《我和我的父輩》以“傳承”為線索，向我們詮釋了父輩們的堅守與奮鬥。
電影依舊以單元片的形式呈現，其中最戳人淚點的非單元片《詩》莫屬了，影片中哥哥一句“我爸爸和我以前的爸爸都死了”，讓無數觀眾落淚。
《詩》講述了中國第一顆人造衛星成功發射背後一個默默奉獻的航天家庭的故事。影片中的父親從事火箭燃料研發的工作，在一次試驗中犧牲；母親（章子怡飾演）是位火藥雕刻師，常常在命懸一線的環境裡工作。戈壁灘上的漫天黃沙，對父母工作滿是問號的孩子，這些都無不敘說著上世紀六十年代我國航天事業開拓者們的付出與艱辛。
片中母親向兒子介紹火藥雕刻師的工作
圖源：《我和我的父輩》之《詩》預告片
看完電影后，相信大家在被父輩們的堅韌與付出所感動的同時，心裡應該也和我一樣，留下了不少疑問：
雕刻的是什麼火藥呢？
為什麼要雕刻火藥？
為什麼雕刻火藥很危險？
這麼危險的工作，能用機器代替人嗎？
今天我們就來聊一聊這幾個問題。
01火箭的動力源——推進劑
如同汽車需要加油才能行駛，火箭也要有動力燃料才能飛行。
火箭發動機用的燃料和氧化劑的總稱，或者其中的一個組分，就被稱為推進劑。
一般來說，推進劑是高能化學品，如汽油、航空渦輪發動機燃料、火箭燃料、氧化劑等。在火箭和飛機中，推進劑反應後產生氣體，並經噴嘴引導產生推力。
長征五號B運載火箭升空
圖源：http://www.yidianzixun.com/article/0V3nTOC6
20世紀前，黑火藥是世界上唯一可用的火箭推進劑。到如今，推進劑按其組成可分為單組元推進劑和多組元推進劑。
圖源：作者整理
Tips
“神舟”系列火箭用偏二甲肼（C2H8N2）作燃料，四氧化二氮作氧化劑，生成氮氣和二氧化碳氣體，化學方程式為：
推進劑按照狀態分為液體推進劑和固體推進劑兩大類。
02固體推進劑
這固體推進劑確實挺有意思。
通常放鞭炮，都是從下往上沿著一條線點燃的。咱們看火箭細細長長的，會不會覺得火箭裡面的燃料也是從下向上燃燒的呢？
錯了！
固體推進劑的燃燒，是由內向外的。
圖源：srm喉襯用c/c複合材料的研究和應用現狀
如果藥柱是簡單的圓柱筒形狀，在由內向外燃燒時，一開始的燃燒面積小，越往後燃燒面積越大。這就會導致一開始的推力小，後面推力越來越大。而火箭隨著燃料燃燒越來越輕，應該是一開始推力大，後面推力漸漸減小。
這就成為了一對矛盾。但是這難不住智慧的設計師們。
實際的推進劑藥柱，會做成星形等特殊形狀，這樣就能夠讓一開始燃燒的面積變大，推力更強。
推進劑藥柱不僅可以設計二維結構，還可以設計三維結構。星形、雪花晶體形等複雜的幾何形狀，決定了不同的燃燒截面，可以控制推進劑的燃燒引數。截面形狀不同，燃燒的時間、快慢、瞬時推力都是不一樣的。
在《詩》中父親的工作，大概就是推進劑藥柱的設計師。
03雕刻火藥
正是因為要精準控制推進劑藥柱的形狀，這就使得推進劑藥柱的加工過程變得非常關鍵。
推進劑藥柱的加工，簡單來說就是要先做出藥柱的模具，再將混合好的漿狀燃料倒入模具當中。澆築完成後要靜置一段時間，讓漿狀物形成擠壓，從而將澆築過程中帶進的空氣擠出去。
藥柱澆鑄完成、靜置排氣後，要進入到低溫烘烤使其固化。溫度太高容易引起藥柱自燃，並且烘烤溫度太高會讓藥柱內外固化不均勻，產生細微的拉裂裂紋。所以必須要低溫才能讓藥柱內外受熱均勻，在同一時間固化。
然而，澆築這個工藝本身就具有一定的缺陷——依賴自流平性。最終的澆注面，無論是形貌還是尺寸，都不可能控制得非常精確。因此，就需要對燃燒面進行精細的加工，才能滿足設計要求。
雖然我們總是在講雕刻火藥，但並不是所有的固體燃料火箭發動機全都需要人工雕刻塑形的，99%的固體火箭發動機會採用機械加工的方式進行生產。
看到這裡，大家可能會覺得奇怪，能用機器加工的話，既避免了危險，又不浪費人力，那為什麼還需要火藥雕刻師呢？
火藥雕刻工作中發生的一次意外爆炸
圖源：《我和我的父輩》之《詩》預告片
這是因為，推進劑藥柱雖然是固體，卻也有一定的彈性。舉個例子來說，想把一根蘿蔔切成片很容易，想把一根紅腸切得均勻就不容易。推進劑藥柱也是如此，加工藥柱的精度要達到0.2mm，幾乎快和一根稍微粗一些的頭髮差不多了。這樣的精度，一般的加工機器根本達不到。
那麼為什麼不去研製一臺專用機器呢？這也是無奈之舉，因為成本會增加很多。我國目前已經處於了航天強國的行列，每年發射三十幾枚火箭，像下餃子似的。
但即使這樣，同一型號的火箭發射次數依然是可以用一雙手數過來，為了這麼幾次發射，去研製一臺要解決諸多技術難點的儀器，這種成本確實是很難承受的。
當然，我們也希望隨著技術進步，能夠發現新材料，發展新工藝、新技術，有朝一日能夠用機器加工出完美的推進柱燃面，這樣就再也不用電影中主人公母親那樣的火藥雕刻師冒著生命危險去做這樣危險的工作了。
04雕刻火藥的詩人
雕刻火藥的工作不但危險，還需要高超的技藝和超越常人的冷靜，這樣令人敬佩的英雄，始終在守護著我們的美好生活。
我們所處的時代，也有一位這樣的英雄“詩人”，他就是——徐立平。1968年出生，中國航天科技集團公司第四研究院7416廠航天發動機固體燃料藥面整形組組長，國家高階技師、航天特級技師。先後獲得中華技能大獎、全國五一勞動獎章、2015年度“感動中國”人物、“時代楷模”榮譽稱號、“最美奮鬥者”個人稱號等榮譽。
讓我們一起來了解他的故事，向英雄致敬。
作者：郭瑋宏（中科院上海技術物理研究所博士）
編輯：沈湫莎
責任編輯：任荃
來源：上海科技館
宣告：轉載此文是出於傳遞更多資訊之目的。若有來源標註錯誤或侵犯了您的合法權益，請作者持權屬證明與本網聯絡，我們將及時更正、刪除，謝謝。