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全球液氧甲烷火箭竞赛中国拔得头筹，有何意义？

2023-07-12 10:11:26 来源：环球网

朱雀二号成为全球首枚入轨成功的液氧甲烷火箭，这是火箭动力发展领域具有重要意义的技术进展。

7月12日，由蓝箭航天空间科技股份有限公司自主研制的朱雀二号遥二液氧甲烷运载火箭在我国酒泉卫星发射中心发射成功，火箭进入预定轨道飞行，试验任务取得圆满成功。

(相关资料图)

液氧甲烷火箭有何优势？

此次发射的朱雀二号遥二运载火箭采用两级构型，箭体直径3.35 米，全箭高度49.5米，起飞重量219吨，起飞推力268 吨。火箭一级采用4台天鹊80吨级液氧甲烷发动机并联，二级采用1台天鹊80吨级液氧甲烷发动机和1台天鹊10吨级游动液氧甲烷发动机组合而成。

近年来，频繁出现在新闻报道的液氧煤油或液氢液氧发动机，成为大众比较熟悉的火箭发动机。那么，既然已经有了这些发动机，为什么还要发展液氧甲烷发动机？

首先是液氧甲烷的推进效率高，推进剂的理论比冲高达390秒，仅次于液氢液氧推进剂；第二个主要原因是液氧甲烷推进剂燃烧无积碳，点火机构设计更容易，便于发动机回收复用，非常适合用于可重复使用火箭或飞行器，第三个是甲烷与液氧的沸点相差不到20℃，贮箱间的隔热需求大幅下降，可以更方便地引入共底设计，减轻结构重量；第四是甲烷推进剂可从天然气、油田气、可燃冰等中分离，来源广泛，价格便宜，可以进一步降低火箭的成本。

蓝箭航天董事长兼CEO张昌武表示，液氧甲烷火箭是蓝箭在创业之初就选定的发展方向，液氧甲烷更容易获取，并且对未来可重复使用⽕箭的开发更加有利。

“国家在过去60多年里，围绕液氧煤油、氢氧类的发动机，已经做了很多开发工作，并且产品都已经非常成熟，在这样的背景下，技术上新的突破才能在市场⾥有自己的一席之地，”张昌武表示，“通过一型可以实现更低的成本，更好地实现重复使用的火箭，可以建立我们的竞争力，同时还能填补航天领域的⼀个空白。”

据悉，朱雀二号火箭采用的“天鹊”系列发动机，目前已经累计完成了将近10万秒的地面试车，是目前国内成熟度最高的液体火箭发动机之一。

据介绍，蓝箭航天已启动可重复使用火箭项目，期望于2025年取得重大进展，朱雀二号遥二的成功会显著地加速可重复使用⽕箭的开发进程。

去年12月14日，朱雀二号火箭进行首次发射，火箭一级、二级主机飞行正常，二级游机工作异常，发射任务未获成功，事后查明，原因是二级管路出现了破裂。

针对首飞火箭出现的问题，张昌武介绍说，在归零过程中，一方面解决出现故障的部分，重新设计、重新制造、重新实验、重新考核；另一方面是基于技术状态的管理，做全箭的技术状态管理复查，尤其是所有涉及到接口的复查。此外还对全箭做了质量的复查。

全球液氧甲烷火箭竞争激烈

由于在经济性、环保性和性能上拥有优势，液氧甲烷发动机成为目前航天领域的新宠，不少航天强国或大国都在积极研制这种火箭发动机，谁能成为首个成功发射入轨的液氧甲烷火箭也成为关注的焦点。

今年4月20日，SpaceX公司的“星舰”火箭发射升空，但在飞行过程中爆炸解体，该火箭全箭共使用了36台230吨级的“猛禽”液氧甲烷发动机。马斯克当月晚些时候在社交平台上表示，1-2个月内或准备再次试射“星舰”。

“星舰”首飞未获成功后，SpaceX 公司陆续进行了首飞失利分析、发射场修整、发射架方案优化等，第二枚“星舰”目前已经完成总装工作，将在未来几个月内进行第二次发射。马斯克上月表示，“星舰”首次发射未能成功后，公司已经对其进行了 1000 多项修改，最引人注目的是火箭的超重助推器和飞船部分改为热分离技术，即在飞船上的发动机点火时，超重型助推器仍与它相连。

在“星舰”失败之前一个月，采用液氧甲烷发动机的美国相对论公司的“人族一号”火箭也发射失利。该火箭一级配备了9台名为Aeon的液氧甲烷发动机，最大运载能力1.25吨。“人族一号”火箭失利后，相对论公司对外宣布放弃“人族一号”，将精力转向运载能力更大的“人族R”火箭，新火箭一级将配备13台Aeon-R液氧甲烷发动机，最大运载能力达到23.5吨，并且一级采用可重复使用技术。

除了上述两款商业火箭，美国联合发射联盟(ULA)研制的“火神”新一代大型运载火箭也采用了液氧甲烷发动机，该火箭高61.6米，直径5.4米，最大运载能力约27吨，火箭一级使用BE-4液氧甲烷发动机。

“火神”原计划2021年首飞，但由于技术原因一直推迟。6月8日，用于首飞的“火神”火箭完成首次静态点火测试，2台BE-4发动机在节流60%的状态下持续点火约6秒钟，但ULA没有向外界公布发射时间。

在中国，除了朱雀二号，还有多家航天企业正在研制液氧甲烷发动机和火箭。在去年举办的中国航展上，航天科技集团六院首次对外展示了正在研制的80吨级液氧甲烷发动机。据称，该发动机具备3-4次点火起动能力，可作为天地往返运输系统、可重复使用运载器及低成本一次性运载火箭的动力装置。

此次朱雀二号成为全球首款成功入轨飞行的液氧甲烷火箭，标志着中国运载火箭在新型低成本液体推进剂应用方面取得重大突破。

根据蓝箭航天的介绍，朱雀二号明年起会面向市场批量交付。张昌武表示，“从明年的3到4发，再到后年翻⼀倍，然后连续三年每年能够增长⼀倍，以这样的增⻓幅度向市场交付。”

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