液氧甲烷火箭：未来进入太空成本将更低

　　作为全球首枚成功入轨的液氧甲烷火箭，7月12日9时00分，由蓝箭航天空间科技股份有限公司 （以下简称“蓝箭航天”） 自主研制的朱雀二号遥二液氧甲烷运载火箭（代号“ZQ-2 Y2”），在我国酒泉卫星发射中心成功发射。

 

图源：央视新闻

 

　　火箭发射并不少见，为何这次备受瞩目？因为这枚火箭以液氧甲烷为推进剂，这也是其最大亮点。

 

　　星舰没创造的历史，被中国拿下了

 

　　液氧甲烷中的甲烷就是我们日常生活中所使用的天然气，甲烷这种燃料易于开采、技术成熟，因此，相对于液氢、煤油等火箭燃料来说价格相对较低。近些年来，世界各国都在进行研发攻关。

 

       截至目前，美国太空探索技术公司（SpaceX）的液氧甲烷发动机——“猛禽”已推举“星舰”完成首次试射，但未进入预定轨道。此外，美国蓝色起源公司、欧洲阿里安公司以及俄罗斯国家航天集团均在开展液氧甲烷火箭的研制工作，并取得相应进展。

 

　　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，标志着我国运载火箭在新型低成本液体推进剂应用方面取得突破。

 

　　据了解，朱雀二号运载火箭是中国首型液氧甲烷运载火箭。该型火箭为两级构型，箭体直径3.35米，全箭高度49.5米，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。起飞重量219吨，起飞推力达到268吨，500公里太阳同步轨道的运载能力可达4吨。

 

　　从首飞失利到复飞成功，并非易事。2022年12月14日，朱雀二号遥一火箭在执行首飞试验任务中，火箭二级游机工作异常，发射任务失利。这也被视为蓝箭航天发展液氧甲烷火箭过程中一个不小的挫折。随后，蓝箭航天成立专项工作组，查明故障原因，采取多项改进措施，并通过仿真、地面试验和发动机试车等方式验证了改进措施的有效性，于2023年3月18日顺利通过故障“归零”专家评审。

 

　　液氧甲烷火箭：更具重复使用价值

 

　　根据发动机使用的燃料不同，火箭可分为固体火箭和液体火箭。相较于固体火箭，液体火箭具备比冲高、推力可调、可多次启动等优点，是可回收运载火箭的更优选择。实现运载火箭的可回收，是国内外商业航天降低运载成本的必经之路。

 

　　在所有液体推进剂方案中，液氧是最为悠久的氧化剂，1926年人类历史上第一枚液体燃料火箭就使用了液氧（氧化剂）+汽油（燃料剂）的方案，同时也是最为高效廉价的氧化剂，很多主流运载火箭的主力发动机都采用液氧为氧化剂，不同是与之搭配的燃烧剂。这其中液氧+煤油、液氧+液氢是应用最广泛的搭配方案。

 

　　以民营航天企业为例，星际荣耀的“双曲线一号”、星河动力的“谷神星一号”等率先成功入轨的商业火箭均为固体运载火箭，两家公司的后续在研型号“双曲线二号”与“智神星一号”则均为液体运载火箭。进入2023年，天兵科技与蓝箭航天先后成功发射的“天龙二号”与“朱雀二号”，也都是液体运载火箭。

 

　　其中，智神星一号和天龙二号使用的是液氧煤油推进剂，双曲线二号和朱雀二号使用的是液氧甲烷推进剂。此外，SpaceX正在研制的星舰使用的同样是液氧甲烷推进剂。

 

SpaceX位于肯尼迪航天发射中心的液氧储罐。图源：SpaceX

 

未来进入太空成本更低

 

　　近年来，我国商业航天产业亮点纷呈，快舟火箭、长征火箭等发展快速，蓝箭航天、星际荣耀、星河动力等公司成果不断。商业星座建设初具规模，卫星批量化、智能制造能力持续提升，商业航天新型空间基础设施体系建设和应用发展空间广阔。浙江大学航空航天学院副教授金台认为，我国航天发射频次大幅增长，商业化航天发射市场需求很大，民营航天企业形成了技术创新能力强、商业运作灵活、市场导向明确等鲜明的特色，为我国航天事业注入了新的活力。

 

　　也有专家表示，必须看到，我国商业航天目前仍然处于比较早期的探索时期。以商业火箭为例，研制投入多、风险高、难度大，从设计、工艺、制造、测试到发射这一完整链条，仍需要极高的技术门槛，在实现市场批量化交付的道路上还需努力。未来如何进一步提升运力和降低成本，是商业航天科研工作者面临的挑战和难题。

 

　　“我们还将继续优化朱雀二号的低轨运载能力，使其基本具备一箭20到30星的能力，总体达到中等运力规模。我们认为这将满足下阶段到2028年航天发射市场需求最大的一个运力区间，这也是相对来说经济性更强的一个区间。”蓝箭航天创始人、CEO张昌武称。

 

　　国际宇航联空间运输委员会副主席杨宇光表示，目前我国的液氧煤油运载火箭比较多，作为一次性运载火箭，液氧煤油火箭和液氧甲烷火箭的性能差异不是很大。更大的意义也许是在未来几年或者十几年，国内实现火箭可重复使用以后，通过使用液氧甲烷推进剂会让回收到再次发射之间环节的成本更低，有助于降低未来中国进入太空的成本。

 

（中国小康网综合人民日报、央视新闻、光明网、科普中国、每日经济新闻等）