北京時間7月12日9時左右,由藍箭航天空間科技股份有限公司(以下簡稱藍箭航天)自主研制的“朱雀二號”遙二運載火箭在酒泉衛星發射中心發射升空,隨后按既定計劃完成了飛行任務,發射任務獲得圓滿成功。
任務成功后,包括央視在內,多家官媒第一時間發文慶祝。
“朱雀二號”作為一枚液氧甲烷火箭,成功在這條新賽道的競逐中,代表中國拔得頭籌!
這件事可謂意義重大,畢竟強如SpaceX,當下也只能望著星艦(Starship)的殘骸嘆氣。
事實上,中國航天這次贏得也相當驚險。
去年12月“朱雀二號”遙一火箭發射失敗后,國內普遍嘆息,以為這項桂冠又要被馬斯克摘走。
隨后的事情卻是柳暗花明。
今年4月,星艦先是遲遲不能在原定時間發射。推遲2天后,又在發射第3分鐘發動機熄火,姿態失控,然后在空中炸成了價值30億美元的煙花。
而在星艦之前,另一家美國私人火箭公司地平線發射的“人族一號”也以失敗告終。
再加上被業界吐槽為“美國國企”的聯合發射聯盟(ULA)表現出了驚人的低效,原計劃2021年首飛的“火神”火箭時至今日都沒有公布正式發射時間。
最終,這項殊榮就落到了藍箭航天頭上。
或許有人會好奇,液氧甲烷火箭是何方神圣,為什么大家都扎堆往里擠?
因為4個字——星辰大海。
這里的“星辰大海”不是宣傳物里的空洞詞匯,而是真的在星辰間遠航,是《星際迷航》《星球大戰》和漫威電影里構筑的科幻現實,而這背后可能是數十億人口、價值數百萬億美元的貨物,以百萬公里為單位移動。
這也意味著,可能會有數以百萬計的航天器散布在漫天星辰之間。這是一個難以想象的市場。
所謂液氧甲烷火箭,就是使用液氧作為氧化劑,使用甲烷作為還原劑,二者共同構成燃料,在箭體內燃燒,對外產生推力的火箭。
在液氧甲烷之前,當前常見的燃料方案還有肼類燃料、液氧煤油、液氫液氧。
肼類燃料能常溫保存,對外部沖擊不敏感,容易運輸和儲存的同時,對火箭的工程設計要求也低,是航天技術落后的國家同時滿足航天和軍事需求的首選。
不過,在航天燃料的核心指標上——比沖上,肼類燃料相當疲軟,再加之有劇毒,目前的趨勢是正在淘汰中。
主流的液氧煤油和液氫液氧方案中,液氫液氧有著碾壓性的比沖優勢,然而液氫的超低溫(沸點-253℃)要求不僅火箭本身將高昂的成本和珍貴的重量花在燃料儲存系統上,連外部的燃料加注等系統也要精心設計和維護。
液氧煤油的優勢在于便宜,煤油容易獲得,儲存成本低廉,如果不追求最大性能的話有著很高的性價比,只有容易積碳這么一個過去看來不太重要的缺點,因此被大量使用。
相較而言,論性能,液氧甲烷比沖比液氧煤油高一些,但遠低于液氫液氧;論成本,甲烷制備和儲存成本比液氫低得多,但是高于煤油。
總體而言,液氧甲烷過去是一種沒什么短板,但長處也不突出的燃料,盡管出現已經近百年,但一直處于邊緣狀態。
然而,馬斯克的成功改變了這項技術的命運。
隨著可回收火箭帶來的發射成本、發射周期指數級下降,人們第1次意識到大規模、周期性地空間往返不再是一個遙不可及的科幻概念,而只是一個能夠解決的工程難關。
這個時候,液氧甲烷的優勢開始凸顯。
首先,當航天不再是不計成本的科研攻關項目,經濟性方面的考慮就要被提前,液氫液氧燃料顯然不具備大規模應用的可能;同時,液氧煤油發動機積碳的“小問題”,在重復使用的情況下變成了大問題。
甲烷還有一個最特殊優勢——只要一顆行星上有水,有二氧化碳,那理論上就可以就地合成甲烷和氧氣,補充燃料,甚至很多行星上本來就有氣態或者液態甲烷。
這在星際飛行中是無可替代的強大優點。
人類進入星際交通時代的前夕,液氧甲烷火箭的前景已經是一片光明。不造液氧甲烷火箭是沒前途的,尤其是對商業火箭公司。
這也是為什么盡管“梅林”液氧煤油發動機在“獵鷹9號”上大獲成功,馬斯克依然在他2017年那份被外界稱作“人類史上最偉大計劃”的39頁火星移民PPT上,果斷選擇了液氧甲烷方案的“猛禽”發動機作為“星艦”(當時叫BFR,大型獵鷹火箭)的動力方案。
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早前貝佐斯創辦的、號稱SpaceX勁敵的藍色起源,也主攻液氧甲烷發動機,目前其BE-4發動機已經拿下了ULA的“火神”火箭項目。
國外還有相對論航天公司的“人族R”火箭、藍色起源公司的“新格倫”火箭、火箭實驗室公司Rocket Lab的“中子”火箭等均為液氧甲烷運載燃料,均在未來有相應發射計劃。
值得一提的是,就在朱雀二號遙二火箭成功發射前不久,藍色起源的BE-4發動機在測試臺上測試,結果不到10秒就發生了爆炸。這更凸顯了藍箭航天成功的可貴。
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