【科學強國】超越SpaceX星艦，朱雀二號復飛成功！液氧甲烷火箭有啥好

作爲全球首枚成功入軌的液氧甲烷火箭，7月12日9時00分，由藍箭航天空間科技股份有限公司 （以下簡稱“藍箭航天”） 自主研製的朱雀二號遙二液氧甲烷運載火箭（代號“ZQ-2 Y2”），在我國酒泉衛星發射中心成功發射。

圖源：央視新聞

火箭發射並不少見，爲何這次備受矚目？因爲這枚火箭以液氧甲烷爲推進劑，這也是其最大亮點。

星艦沒創造的歷史，被中國拿下了

液氧甲烷中的甲烷就是我們日常生活中所使用的天然氣，甲烷這種燃料易於開採、技術成熟，因此，相對於液氫、煤油等火箭燃料來說價格相對較低。近些年來，世界各國都在進行研發攻關。

截至目前，美國太空探索技術公司（SpaceX）的液氧甲烷發動機——“猛禽”已推舉“星艦”完成首次試射，但未進入預定軌道。此外，美國藍色起源公司、歐洲阿里安公司以及俄羅斯國家航天集團均在開展液氧甲烷火箭的研製工作，並取得相應進展。

此次，朱雀二號成爲全球首款成功入軌飛行的液氧甲烷火箭，標誌着我國運載火箭在新型低成本液體推進劑應用方面取得突破。

據瞭解，朱雀二號運載火箭是中國首型液氧甲烷運載火箭。該型火箭爲兩級構型，箭體直徑3.35米，全箭高度49.5米，火箭一級採用4臺天鵲80噸級液氧甲烷發動機並聯，二級採用1臺天鵲80噸級液氧甲烷發動機和1臺天鵲10噸級遊動液氧甲烷發動機組合而成。起飛重量219噸，起飛推力達到268噸，500公里太陽同步軌道的運載能力可達4噸。

從首飛失利到復飛成功，並非易事。2022年12月14日，朱雀二號遙一火箭在執行首飛試驗任務中，火箭二級遊機工作異常，發射任務失利。這也被視爲藍箭航天發展液氧甲烷火箭過程中一個不小的挫折。隨後，藍箭航天成立專項工作組，查明故障原因，採取多項改進措施，並通過仿真、地面試驗和發動機試車等方式驗證了改進措施的有效性，於2023年3月18日順利通過故障“歸零”專家評審。

液氧甲烷火箭：更具重複使用價值

根據發動機使用的燃料不同，火箭可分爲固體火箭和液體火箭。相較於固體火箭，液體火箭具備比衝高、推力可調、可多次啓動等優點，是可回收運載火箭的更優選擇。實現運載火箭的可回收，是國內外商業航天降低運載成本的必經之路。

在所有液體推進劑方案中，液氧是最爲悠久的氧化劑，1926年人類歷史上第一枚液體燃料火箭就使用了液氧（氧化劑）+汽油（燃料劑）的方案，同時也是最爲高效廉價的氧化劑，很多主流運載火箭的主力發動機都採用液氧爲氧化劑，不同是與之搭配的燃燒劑。這其中液氧+煤油、液氧+液氫是應用最廣泛的搭配方案。

以民營航天企業爲例，星際榮耀的“雙曲線一號”、星河動力的“穀神星一號”等率先成功入軌的商業火箭均爲固體運載火箭，兩家公司的後續在研型號“雙曲線二號”與“智神星一號”則均爲液體運載火箭。進入2023年，天兵科技與藍箭航天先後成功發射的“天龍二號”與“朱雀二號”，也都是液體運載火箭。

其中，智神星一號和天龍二號使用的是液氧煤油推進劑，雙曲線二號和朱雀二號使用的是液氧甲烷推進劑。此外，SpaceX正在研製的星艦使用的同樣是液氧甲烷推進劑。

SpaceX位於肯尼迪航天發射中心的液氧儲罐。圖源：SpaceX

未來進入太空成本更低

近年來，我國商業航天產業亮點紛呈，快舟火箭、長征火箭等發展快速，藍箭航天、星際榮耀、星河動力等公司成果不斷。商業星座建設初具規模，衛星批量化、智能製造能力持續提升，商業航天新型空間基礎設施體系建設和應用發展空間廣闊。浙江大學航空航天學院副教授金臺認爲，我國航天發射頻次大幅增長，商業化航天發射市場需求很大，民營航天企業形成了技術創新能力強、商業運作靈活、市場導向明確等鮮明的特色，爲我國航天事業注入了新的活力。

也有專家表示，必須看到，我國商業航天目前仍然處於比較早期的探索時期。以商業火箭爲例，研製投入多、風險高、難度大，從設計、工藝、製造、測試到發射這一完整鏈條，仍需要極高的技術門檻，在實現市場批量化交付的道路上還需努力。未來如何進一步提升運力和降低成本，是商業航天科研工作者面臨的挑戰和難題。

“我們還將繼續優化朱雀二號的低軌運載能力，使其基本具備一箭20到30星的能力，總體達到中等運力規模。我們認爲這將滿足下階段到2028年航天發射市場需求最大的一個運力區間，這也是相對來說經濟性更強的一個區間。”藍箭航天創始人、CEO張昌武稱。

國際宇航聯空間運輸委員會副主席楊宇光表示，目前我國的液氧煤油運載火箭比較多，作爲一次性運載火箭，液氧煤油火箭和液氧甲烷火箭的性能差異不是很大。更大的意義也許是在未來幾年或者十幾年，國內實現火箭可重複使用以後，通過使用液氧甲烷推進劑會讓回收到再次發射之間環節的成本更低，有助於降低未來中國進入太空的成本。

（中國小康網綜合人民日報、央視新聞、光明網、科普中國、每日經濟新聞等）

來源：中國小康網

作者：風華

審覈：龔紫陌