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中国航天史再次迎来一个世界第一!2023年12月9日,蓝箭航天首次成功用新型液氧甲烷火箭“朱雀二号”将多颗卫星送上太空。
也就是说,蓝箭航天成为全球首个利用液氧甲烷发射中大型火箭的民企,这一技术已经超过马斯克的太空探索技术公司(spaceX)。
但是,“朱雀二号”从首飞失败到复飞成功经历了什么?对我国又意味着什么呢?
“朱雀二号”实现历史性突破“朱雀二号”是全球有史以来第一枚成功入轨的液氧甲烷火箭,这意味着我国在该领域已经领先于美国等其他国家,但液氧甲烷火箭到底是什么?
简单来讲,液氧甲烷火箭是以“液氧甲烷”为推进剂的火箭,即液氧甲烷实际上是火箭的液体燃料,其主要成分是液态氧气跟甲烷。
目前常见的航天器液体燃料有三种,第一种是四氧化二氮,这种燃料具有简单、储存要求低的优点,但成本高且燃料毒性大。
一旦出现燃料泄漏,后果将不堪设想,因此很多国家已经逐渐放弃这种燃料。
第二种是液氧煤油,这种燃料成本相对低一些,但发动机容易出现积碳,稍不注意可能就成为“一次性用品”。
还有一种是液氧液氢,这种燃料几乎不费油,还可以满足大推力火箭发射需求,但由于密度低,所占据的空间比较大。
相比之下,液氧甲烷可以说是“集万家之长于一身”。
本身甲烷就是一种清洁能源,其具备绿色环保的优点,这是使用煤油的燃料完全比不上的。
甲烷是天然气的主要成分,而我国天然气已经进入家家户户,行业发展比较成熟,这可以为液氧甲烷在航天领域的运用提供支撑。
更为重要的一点是,液氧甲烷火箭直接关系到太空资源的利用。
不知道大家有没有想过,为什么现在有能力的国家都在不断发射卫星?
从长远来看,未来我们肯定要对太空资源进行开发,而太空资源划分归属肯定是不现实的,大家都心照不宣地选择“先到先得”,因此要发射更多卫星到太空“占位”。
可制约许多国家发射卫星的不是技术,而是火箭的制造和发射成本。
液氧甲烷火箭不会出现积碳等各种问题,有望实现可循环重复利用,这将极大限度地降低火箭成本,有利于我国实现航天商业化。
基于可重复利用这一点,液氧甲烷火箭绝对是未来各国研究的主要方向。
目前蓝箭航天已经成功发射“朱雀二号”液氧甲烷火箭搭载卫星入轨。
但是,“朱雀二号”的发射过程并非一帆风顺,2022年发射首次发射时遭遇失败,这是为什么呢?从首飞失败到复飞成功,“朱雀二号”到底经历了什么?
“朱雀二号”的复出之路事实上,自20世纪80年代起,我国已经开始研究液氧甲烷发动机。
自从我国航天对民营企业开放之后,尽管绝大部分企业还是倾向于发展中小型固体火箭,但也有像蓝箭航天之类的企业选择尝试研究液体火箭。
目前除了蓝箭航天之外,美国spaceX、相对论空间公司等多家企业也曾尝试发射液氧甲烷火箭。
仅在2023年上半年,美国SpaceX的“星舰”和相对论空间公司的人族一号火箭都曾尝试发射入轨,但最后都以失败告终。
相比之下,蓝箭航天反而是发展得最快的。
本次蓝箭航天发射的“朱雀二号”火箭总长度达到49.5米,直径为3.35米,起飞质量和推力分别为220吨和268吨。
本次蓝箭航天发射成功的是朱雀二号遥三火箭,这意味着还有遥一和遥二。
2022年12月,蓝箭航天尝试发射朱雀二号遥一火箭,但最后因二级游机异常关机而遭遇失败。
蓝箭航天没有就本次失败作出详细说明,也没有透露本次发射有无搭载卫星。
随后蓝箭航天成立专门工作组,对本次发射暴露的问题进行复盘,通过地面模拟实验等各种方式进行试验、改进。
2023年7月,毫不气馁的蓝箭航天再次启动第二次发射,这一次朱雀二号遥二火箭顺利进入预定轨道。
尽管该火箭没有搭载卫星发射,但是这意味着我国液氧甲烷火箭已经实现首次入轨,这不仅证明液氧甲烷火箭是可行的,还填补了我国在这一方面的空白。
如今蓝箭航天已经实现液氧甲烷火箭搭载卫星入轨,虽然显示了民营航天技术在某些方面的突破,但商业航天要求的是持续的、可靠的技术进步,即要求实现“液体火箭商业化”。
以美国SpaceX的“星舰”为例,2023年马斯克基于“星舰”推出一项“火星移民计划”。
按照他的设想,一旦该计划正式启动,每三天就要发射50枚“星舰”,全年下来预计会将超过100万吨有效载荷送入轨道。
这里的“有效载荷”指的是即需要被送入太空的物体或设备,100万吨有效载荷足以支撑在火星上建设一座新的城市。
想要实现此类计划的前提一定是“火箭低成本化”“液体火箭规模化”,按照蓝箭航天计划,就算到明年最多也只能交付3至4发,可见蓝箭航天距离实现这两个目标还有一定距离,但具体难在哪里?
“朱雀二号”改进之处第一,技术上,蓝箭航天也承认,相比“星舰”,“朱雀二号”是“大而不强”,在性能方面还有很大的进步空间。
“朱雀二号”可将300公斤的有效载荷送到500公里太阳同步轨道,暂时只能满足近地面轨道卫星和空间运输飞船的发射需求,这意味着技术上“朱雀二号”还有很大的改进升级空间。
第二,成本上,对于商业航天来说,如何在提高运力的同时降低成本是关键。
只有当成本降低到足够低的水平,商业航天的市场才能真正打开,这需要在火箭设计、制造、发射等多个环节进行优化和创新。
目前蓝箭航天没有对外公布朱雀二号每千克载荷的报价,但是有分析认为大概会低于美国“猎鹰9号”每千克载荷发射成本2700美元的报价。
相比之下,“星舰”在可实现完全回收的情况下,每千克载荷发射成本的报价为10美元。
因此朱雀二号需要提高其火箭的运输效率和可靠性,同时要显著降低每千克进入轨道的成本。
在本身制作成本比较难以降低的情况下,只有考虑尽量提高液体火箭的重复使用率,而在这之前需要先进行火箭回收,目前蓝箭航天暂未真正掌握这一技术。
第三,投入上,毫无疑问,航天绝对是“烧钱”的,一直是高投入、高风险的事业,即使技术上取得突破,也需要大量的资金投入以支持商业化的进程。
这需要朱雀二号有足够的资金储备,并能够持续吸引到投资者的关注和支持。同时,朱雀二号也需要合理分配资金,确保在研发、市场推广、运营等多个方面的平衡投入。
对于蓝箭航天来讲,本次“朱雀二号”成功复飞将有利于他们招揽更多投资,但这仅仅只是一小步,距离真正实现盈利还有很长一段路要走。
以SpaceX为例,马斯克从创办SpaceX到真正实现盈利花了21年,而作为后起之秀的蓝箭航天仅成立了7年。
总而言之,“朱雀二号”的复飞意味着我国在液体火箭研究上已经取得重大突破,但还需要在未来的研发和应用过程中加以改进和完善。
参考文献:
1.新华网:我国首款连续发射成功民商液体运载火箭——朱雀二号看点解析
2.中国新闻周刊:中国首枚液氧甲烷火箭成功入轨,挑战“星舰”?