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朱雀二号成功飞天!世界首款液氧甲烷火箭马斯克星舰已经落后了

时间:2023-12-30 来源:医用液态氧
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  朱雀二号在酒泉成功飞天。该运载火箭将天仪33和鸿鹄两颗卫星,成功送入了轨道。

  这是一次成功的商业发射,朱雀二号由此成为国内第一款民商运载火箭。而研发该运载火箭的,正是成立于2015年的蓝箭航天。

  火箭整体的长度为49.5米,直径为3.35米,起飞重量不含载荷在内为220吨,推力为268吨。

  其一级区域采用了4台并联发动机,二级火箭采用了两台发动机,其有效运载能力在1.5吨到4吨之间。所有近地轨道卫星的部署,以及空间的运输任务,它都能胜任。

  今年7月份的时候,朱雀二号就已进行过第一次试射。火箭成功入轨,标志着我国拥有了液氧甲烷火箭,该类型的火箭,填补了我国在液体火箭型谱中的空白。

  值得一提的是,在2022年12月,朱雀二号原本要进行第一次试飞的,但由于二级游机发生故障,最后导致试射失败。

  火箭的研发机构蓝箭航天,查明了故障并采取了改进措施,到今年3月份的时候,火箭的一切故障归零。他们只用了3个月的时间就将故障归零,而且很快又总装出了第二枚火箭。

  朱雀二号可连续发射使用,其火箭子级可以多次重复利用。在朱雀二号的副总师看来,未来航天领域,商业化的趋势会慢慢的明显,而运载火箭本身,不但运力要大,最关键的成本也要低才行。

  此次升空的朱雀二号,也是世界上第一枚以液氧甲烷为燃料的火箭。甲烷本身是天然气中的主要成分,有些气田品质很好,不需要特殊处理,只需将其液化就能作为火箭燃料。

  只不过在上世纪,由于技术的限制,各国并未能更好的利用天然气。在70年代,全球的天然气贸易和利用量只有区区30亿立方米。时至今日,对于天然气的利用规模已超越了1万亿。

  不但被大范围的应用,使用场景也愈发多元化,现在都能跟随卫星一起飞天了。而从研发的角度看,人类想利用甲烷做燃料,在80多年前就开始探索了。

  上世纪30年代,德国人率先研发火箭。彼时,汉内斯·温科勒作为火箭领域的先驱,还在1931年的时候,就研发并成功试射了一枚液氧甲烷火箭。

  燃料位于火箭中间区域,其整体造型和现在的火箭有很大的区别。彼时,人类对火箭的认知处于起步阶段,再加上温科勒的研制品只飞升了60米高左右就坠落,所以相关研发此后并没有推进下去。

  一直沉寂了近30年,到60年代,在火箭燃料研究领域,美国人率先想用甲烷做助推燃料。此后,美国方面在如何制备和应用方面,都积累了大量的经验。可虽然有探索,但一直未能向着实用化的方向发展。

  到了80年代,国内对火箭燃料的研究,也拓展到了液体领域。从甲烷到丙烷,一系列液体燃料的试验,都取得了一定成果,这为后来最终推出液氧甲烷火箭打下了基础。

  不光是我们,俄罗斯以及欧洲航天局,这期间也对液氧甲烷燃料展开了相关研究。但大多数都是初期的探索阶段,并没有真正的实用化。

  之所以没用,其中一个很关键的原因是,此前的火箭多数是一次性的,不再进行回收使用。

  此前火箭燃料中有液氧煤油,它和甲烷的差异并不大,甚至在各项设计参数相同的情况下,液氧煤油的单位体积内的包含的能量还要高过甲烷。在比冲上,理论上甲烷的比冲值比液氧煤油高出了3%。

  液氧甲烷的低温优势高,冷却效果是煤油的3倍,而且在燃烧的时候,相比于煤油更不容易积碳。但由于此前大多数型号的火箭都是一次性使用,煤油燃烧后即便把发动机搞得“灰头土脸”也无所谓。

  所以总的来看,液氧甲烷相对于液氧煤油,它们的各项性能不分伯仲。真正让液氧甲烷脱颖而出的,就是对火箭的重复使用。

  如今,为了尽可能的降低成本,尤其是商用火箭的发射慢慢的变多,所以可回收重复使用的火箭就成为了主流。

  而煤油因为燃烧后积碳的原因,要想对火箭的发动机重新使用,必须得彻底清洗且维护之后才能进行下一次发射。如此一来,后期的运维成本和工作量就极大的提升了。

  对比之下,液氧甲烷挥发性更好,基本上不会积碳,这样对发动机的清洗和维护就相对容易多了。

  此外,相比于其他燃料,由于液氧和甲烷的沸点接近,两者能够正常的使用共底储箱,这便降低了重量和体积,有利于给火箭减负,腾出更多空间提升运载力。

  综合上述几项有点,在火箭商业化趋势越来越明显的今天,液氧甲烷也就成为了首选燃料。

  朱雀二号的研发者蓝箭航天成立于2015年,两年后朱雀二号的研发就提升了日程。此后经过了5年的研发,火箭的一切准备工作就绪。

  在几年来的整体研发进程中,蓝箭航天建立了自己的发动机试验基地,火箭的制造基地以及发射场地等方面,也都进行了建设。

  相比于国家主导的发射,商业化的火箭发射,要实现整体产业链的完整,同时火箭的制造和发射成本也要尽可能降低。

  因为商业的目标是产业化运作,只有将成本降低了,接下来企业才能将发射持续推动下去。

  除此之外,商业化发射面对的客户是多方面的,既有国内的,未来也会逐步拓展到国外的客户。

  就以天上运行的卫星为例,其都有常规使用的寿命,未来都会逐一来更换。因此商业化的发射,就有了可持续运作的保证。而要想取得口碑,火箭就得拥有连续而稳定的发射能力。

  正是在这一系列前提下,像朱雀二号这样的商业化火箭打造,低成本是绝对的基础。火箭的副总师此前也表示,下一步提升火箭的整体运力,进一步打造可靠性,将是必要而关键的目标。

  此外,既然是商业化运作,势必就会存在竞争。蓝箭航天自推出液氧甲烷火箭以来,马斯克的SpaceX,以及另一家相对论空间公司,也在拼命研发该型号的火箭。

  毕竟液氧火箭的回收优势显著,而一旦火箭整体利用的成本降低,商业发射的费用也能有所降低。如此一来,客户肯定会选择价格较低的来发射。

  但马斯克的星舰,以及另一家公司的人族一号,其液氧甲烷领域的研究并不顺利。今年他们各自的产品也进行过试飞,但无一例外也都失败了。

  所以就整体的竞争趋势看,在液氧甲烷燃料领域,国内蓝箭航天的朱雀二号,相比于星舰和人族一号先胜过了一筹。

  但很显然,接下来在该领域的竞争还会更激烈。对此,已经先行一步的蓝箭航天也有准备。

  就在朱雀二号运载火箭升空后的第二天,蓝箭航天于10日公布下一代的火箭产品朱雀三号。

  新型号的火箭,依然用液氧甲烷作为燃料,其可进行回收使用,火箭的子级可以重复利用至少20次。

  相比于朱雀二号,三号无论是体型还是运载能力,又有了全面的提升。火箭的长度达到了76.6米,直径也达到了4.5米,其中整流罩的直径更设达到了惊人的5.2米。

  在推力上,火箭的起飞重量超过了660吨,推力达到了900吨左右。所用的发动机,在朱雀二号的基础上,性能又得到了进一步的怎强。

  因为要回收使用,火箭整体的构造和所用材料方面,都做了相应的调整。按照设计,其燃料储箱的材料使用的是高强度的不锈钢。

  不锈钢材料能够更好的降低火箭的制造成本,制造的周期也能快速缩短。尤其是多次往返太空地面,其耐高温的特性更是明显。

  由于使用的液氧甲烷燃料,火箭的一级发动机在回收后,可以不做任何检查,就能加注燃料后继续第二次飞行。

  所以在未来,火箭也就像飞机航班那样,实现了常态化的运作。在发射成本上,相比于一次性火箭,可回收火箭的成本能降低九成左右。

  马斯克旗下的液氧甲烷火箭还没有升天,国内下一代火箭型号的制造就提出了明确的时间表。单单从成本来看,马斯克接下来肯定会加大追赶力度的。

  如果说上世纪的航天和太空探索,完全由国家来推动和主导,进入21世纪以来,随着各种技术的成熟和下沉,私营机构也加入了航天和太空探索领域。

  马斯克因为在全球高调,所以他的SpaceX公司相对也更知名。从成立时间来看,SpaceX成立于2002年,另一家企业蓝色起源则成立于2000年。

  此外,英国也有私人在2004年成立的维珍银河,日本方面有私营的星际技术公司,欧盟方面则有PLD空间公司。

  我国除了蓝箭航天之外,还有星际荣耀和银河航天两家非公有制企业。很显然,未来的航空航天不仅仅有国家层面的主导,私营企业的加入,更会让航空航天领域的技术继续下沉。.

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