朱雀二號火箭成功入軌為何備受矚目?
首枚成功入軌的液氧甲烷火箭——朱雀二號(科技自立自強(qiáng))
點(diǎn)火,起飛!
7月12日,酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心,朱雀二號遙二運(yùn)載火箭騰空而起,成功入軌。
這是全球首枚成功入軌的液氧甲烷火箭,也是國內(nèi)民商航天首款基于自主研制的液體發(fā)動機(jī)實(shí)現(xiàn)成功入軌的運(yùn)載火箭,填補(bǔ)了國內(nèi)液氧甲烷火箭的技術(shù)空白,意味著我國首款大推力液氧甲烷發(fā)動機(jī)通過飛行驗(yàn)證,標(biāo)志著我國運(yùn)載火箭在新型低成本液體推進(jìn)劑應(yīng)用方面取得突破。
以液氧甲烷為推進(jìn)劑,成本低、易制取
火箭發(fā)射并不少見,為何這次備受矚目?因?yàn)檫@枚火箭以液氧甲烷為推進(jìn)劑,這也是其最大亮點(diǎn)。
朱雀二號遙二運(yùn)載火箭為兩級構(gòu)型,箭體直徑3.35米,全箭高度49.5米,起飛重量約219噸,起飛推力約268噸?;鸺患壊捎?臺天鵲80噸級液氧甲烷發(fā)動機(jī)并聯(lián),二級由1臺天鵲80噸級液氧甲烷發(fā)動機(jī)和1臺天鵲10噸級游動液氧甲烷發(fā)動機(jī)組合而成。
作為運(yùn)載工具,火箭是太空活動的前提和基礎(chǔ)??梢哉f,火箭的能力有多大,太空探索的舞臺就有多大。發(fā)動機(jī)猶如火箭的“心臟”,采用什么推進(jìn)劑,是決定火箭能力的關(guān)鍵因素。
火箭推進(jìn)劑可以分為固體推進(jìn)劑、液體推進(jìn)劑等。其中,液體推進(jìn)劑包括液氧煤油、液氧液氫、液氧甲烷等,每種類型各有利弊。例如,液氧煤油優(yōu)點(diǎn)是成本較低、比沖較高,但也容易積碳、結(jié)焦。
液氧甲烷由液態(tài)氧氣和甲烷混合而成,具有燃燒效率高、綠色環(huán)保、成本低、易制取等顯著特點(diǎn),燃燒完之后積碳的問題也比較容易解決,能夠減少發(fā)動機(jī)重復(fù)使用時清洗的工作量,降低可重復(fù)使用火箭的維護(hù)成本,因此被認(rèn)為是火箭發(fā)動機(jī)推進(jìn)劑的理想材料之一。
“液氧和甲烷是民用化和工業(yè)化程度很高的推進(jìn)劑,非常容易獲取,價格也更低廉,一旦液氧甲烷發(fā)動機(jī)技術(shù)成熟應(yīng)用,未來這種推進(jìn)劑作為一種可以大批量采購的工業(yè)品,成本將更加可控?!被鸺兄品剿{(lán)箭航天CEO張昌武介紹。
朱雀二號副總師兼副總指揮戴政曾提出構(gòu)想:在探索可重復(fù)使用火箭的道路上,如果采用液氧甲烷做推進(jìn)劑的火箭升空發(fā)射、抵達(dá)火星等太空目的地后,更容易實(shí)現(xiàn)推進(jìn)劑的就地制取,直接助力滿足火箭返程的動力需求,降低火箭去程攜帶大量推進(jìn)劑的負(fù)擔(dān)。
從首飛失利到復(fù)飛成功,填補(bǔ)國內(nèi)技術(shù)空白
航天事業(yè)難度大、風(fēng)險高。放眼世界,可重復(fù)使用液氧甲烷火箭已進(jìn)入快速研制發(fā)展期,國內(nèi)外多款液氧甲烷火箭正在研制中。僅今年上半年,國外已有兩款液氧甲烷火箭挑戰(zhàn)首飛入軌,但均以失敗告終。
朱雀二號的研制也不是一帆風(fēng)順。去年底,朱雀二號遙一運(yùn)載火箭首飛,因二級游機(jī)異常關(guān)機(jī)故障遺憾失利,藍(lán)箭航天成立專項(xiàng)工作組查明故障原因和故障機(jī)理,并針對故障采取多項(xiàng)改進(jìn)措施,通過仿真、地面試驗(yàn)和發(fā)動機(jī)試車驗(yàn)證了改進(jìn)措施的有效性,在今年3月18日通過故障歸零專家評審。
從首飛失利到復(fù)飛成功,并非易事。嘉興藍(lán)箭航天中心火箭總裝測發(fā)部經(jīng)理馮濤說,從遙一到遙二,團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了大量的工作,包括發(fā)動機(jī)點(diǎn)火試驗(yàn)、地面振動試驗(yàn)、液壓試驗(yàn)以及最后的總裝檢測。
以此次任務(wù)中擔(dān)當(dāng)火箭智能化“方向盤”使命的大功率電動推力矢量伺服系統(tǒng)為例,來自中國航天科工三院33所的研制團(tuán)隊(duì)歷經(jīng)5年研究,最終讓這一火箭智能化“方向盤”能精準(zhǔn)執(zhí)行系統(tǒng)給定的動作指令,充分滿足了這款液氧甲烷火箭對伺服系統(tǒng)低成本與高性能的要求。
本次飛行試驗(yàn)主要考核火箭發(fā)射和飛行全過程方案的正確性、合理性,各系統(tǒng)接口的匹配性,為后續(xù)火箭正式商業(yè)飛行奠定基礎(chǔ)?!按舜伟l(fā)射,我們收獲的不僅僅是一枚火箭,更作為民營航天力量收獲了研發(fā)、試驗(yàn)、生產(chǎn)、發(fā)射全鏈條的完成能力。我們將繼續(xù)朝著火箭批量化、商業(yè)化研制目標(biāo)前進(jìn),用創(chuàng)新打造自身獨(dú)特價值?!睆埐湔f。
我國商業(yè)航天初步形成產(chǎn)業(yè)體系和市場體系
朱雀二號的成功發(fā)射填補(bǔ)了國內(nèi)液氧甲烷火箭型譜的空白,有望降低商業(yè)火箭發(fā)射成本,為商業(yè)火箭發(fā)射市場帶來變革?!拔覀儗⒗^續(xù)以朱雀系列運(yùn)載火箭為重要產(chǎn)品,對產(chǎn)品進(jìn)行持續(xù)優(yōu)化迭代,進(jìn)一步提升火箭性能,為市場提供低成本、高性能、大運(yùn)力火箭產(chǎn)品。”張昌武表示。
不論是國有航天,還是民營航天,都是航天事業(yè)的重要組成部分,都是為了人類更好探索太空、和平利用太空。放眼國際,商業(yè)航天蓬勃興起,進(jìn)出空間、利用空間、探索空間水平持續(xù)提升,已經(jīng)成為全球航天科技創(chuàng)新和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要動力。
經(jīng)過近10年時間,我國商業(yè)航天從無到有,快速發(fā)展,成為我國航天不可或缺的重要力量。商業(yè)航天產(chǎn)業(yè)涵蓋上游火箭發(fā)射、衛(wèi)星及地面設(shè)備研制、中游衛(wèi)星運(yùn)營和下游衛(wèi)星應(yīng)用等多個領(lǐng)域。專家表示,我國商業(yè)航天的產(chǎn)業(yè)體系和市場體系初步形成,已經(jīng)由基礎(chǔ)制造、產(chǎn)品研發(fā)為主,逐步邁向應(yīng)用牽引、市場主導(dǎo)的新階段。
據(jù)統(tǒng)計(jì),我國商業(yè)航天企業(yè)超過400家,在軌商業(yè)衛(wèi)星超過350顆。商業(yè)航天釋放了可觀的經(jīng)濟(jì)潛能,目前市場規(guī)模超過萬億元,商業(yè)航天作為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè),催生出眾多民用科技產(chǎn)品,為構(gòu)筑現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)體系注入新動能、提供新引擎。
同時,近年來,我國商業(yè)航天產(chǎn)業(yè)亮點(diǎn)紛呈,快舟火箭、長征火箭等發(fā)展快速,藍(lán)箭航天、星際榮耀、星河動力等公司成果不斷。商業(yè)星座建設(shè)初具規(guī)模,衛(wèi)星批量化、智能制造能力持續(xù)提升,商業(yè)航天新型空間基礎(chǔ)設(shè)施體系建設(shè)和應(yīng)用發(fā)展空間廣闊。浙江大學(xué)航空航天學(xué)院副教授金臺認(rèn)為,我國航天發(fā)射頻次大幅增長,商業(yè)化航天發(fā)射市場需求很大,民營航天企業(yè)形成了技術(shù)創(chuàng)新能力強(qiáng)、商業(yè)運(yùn)作靈活、市場導(dǎo)向明確等鮮明的特色,為我國航天事業(yè)注入了新的活力。
也有專家表示,必須看到,我國商業(yè)航天目前仍然處于比較早期的探索時期。以商業(yè)火箭為例,研制投入多、風(fēng)險高、難度大,從設(shè)計(jì)、工藝、制造、測試到發(fā)射這一完整鏈條,仍需要極高的技術(shù)門檻,在實(shí)現(xiàn)市場批量化交付的道路上還需努力。未來如何進(jìn)一步提升運(yùn)力和降低成本,是商業(yè)航天科研工作者面臨的挑戰(zhàn)和難題。
我國先后出臺了一系列支持商業(yè)航天發(fā)展的政策措施,《2021中國的航天》白皮書明確提出了促進(jìn)商業(yè)航天快速發(fā)展的原則和舉措,相關(guān)各方積極推動出臺促進(jìn)商業(yè)航天發(fā)展的指導(dǎo)意見,相關(guān)財(cái)稅補(bǔ)貼、市場培育、產(chǎn)業(yè)開發(fā)等多形式發(fā)展支持政策持續(xù)落地,北京、湖北、海南等地也持續(xù)發(fā)布支持商業(yè)航天發(fā)展的相關(guān)意見。
星空浩瀚無比,探索永不止步。
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