我國首款不銹鋼火箭朱雀三號要來了,正在縮短與“星艦”的差距
隨著中國天宮空間站的正常運營,再加上中國每年航天發(fā)射次數(shù)越來直多,給大眾留下了中國航天已經(jīng)反超美國的印象。然而,隨著中國航天科技集團發(fā)表了《自覺增強憂患意識,加快建設(shè)航天強國》的重磅文章,提到了中國航天“大而不強,大而不優(yōu)”的現(xiàn)狀。
特別強調(diào)與馬斯克旗下的太空探索技術(shù)公司存在一定差距,展出了中國航天人謙虛謹(jǐn)慎,堅決摒棄盲目自大的態(tài)度。
這就帶來一個問題:中國航天與美國的商業(yè)公司太空探索技術(shù)公司的真正差距是什么呢?其實就是可重復(fù)使用火箭技術(shù)的差距。這種差距源自馬斯克當(dāng)年對低成本運營火箭的創(chuàng)新,幾乎顛覆了全球商業(yè)發(fā)射市場。當(dāng)然,這并不是說中國火箭在很有方面都落后于美國。
如果我們把未來火箭的趨勢概括為高性能、低成本、遠(yuǎn)距離、快響應(yīng)、智能化等方面,我們真正的差距就是低成本。中國在固體運載火箭,也就是快速響應(yīng)火箭領(lǐng)域有巨大的優(yōu)勢。
可偏偏國際火箭商業(yè)運營市場最為敏感的就是成本,而中國航天科技集團在這方面當(dāng)然是相對落后的。
馬斯克旗下的太空探索技術(shù)公司,現(xiàn)在真正占居統(tǒng)治地位的就是獵鷹系列可重復(fù)使用運載火箭,目前幾乎壟斷了西方國家的商業(yè)航天發(fā)射市場。獵鷹-9的一級火箭可以重復(fù)使用,直接降低了發(fā)射成本的70%。使用的是液氧煤油為動力,直接將商業(yè)航天發(fā)射的價值打到“白菜價”。目前中國民營航天企業(yè)每公斤發(fā)射成本超過1.5萬美元,是SpaceX獵鷹九號發(fā)射成本的5倍。
而我們看到的兩次試驗失敗的星艦,是太空探索技術(shù)公司下一代重型運載火箭,不但運力世界第一,還采用了更為先進的液氧甲烷發(fā)動機。可以說,太空探索技術(shù)公司在可生重復(fù)使用火箭上是步步領(lǐng)先,中國航天科技集團重點強調(diào)中美差距當(dāng)然是客觀的。
現(xiàn)在的問題是:中國有沒有可能追趕太空探索技術(shù)公司的可重復(fù)使用火箭技術(shù)呢?當(dāng)然,現(xiàn)在中國國家隊和民營企業(yè)都在努力。2022年,西安航天動力研究所自主研制的某型液氧煤油發(fā)動機首次實現(xiàn)重復(fù)飛行試驗驗證。
當(dāng)年12月,航天科技集團六院自主研制的130噸級重復(fù)使用液氧煤油主發(fā)動機首臺兩次起動試車取得圓滿成功。2023年2月, 航天科技集團公司第六研究院自主研制的80噸級可重復(fù)使用液氧甲烷發(fā)動機進行了首次額定工況200秒長程試車。
其實,中國在可低成本商業(yè)運營火箭領(lǐng)域還有一支追趕美國的主力,也就是民營公司。今天,我們就特別關(guān)注一下剛剛商業(yè)發(fā)射成功的“朱雀”2號液氧甲烷運載火箭。
為什么說“朱雀2”的商業(yè)運營具有非常重要的戰(zhàn)略意義呢?因為這款由中國民營公司研發(fā)成功的運載火箭采用的是液氧甲烷發(fā)動機,創(chuàng)造了一項世界第一。而且可重復(fù)使用的朱雀”3號也將在2025年投入使用。
11月2日,液氧甲烷可重復(fù)使用驗證火箭雙曲線二號在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心完成了國內(nèi)首次液體火箭全尺寸一子級垂直起降與重復(fù)使用飛行試驗。
目前火箭發(fā)動機使用的燃料包括:四氧化二氮、液氧甲烷發(fā)動機、液氧煤油、液氧液氫和液氧甲烷。其他幾種都存在一定的缺點,有的有劇毒,有的容易積碳和結(jié)焦,有的燃料密度非常低,會大大增加火箭的自重。
只有氧甲烷作為新型燃料能融合所有前面四種發(fā)燃料的優(yōu)點,又能避免其大部分缺 點。特別是作為可重復(fù)使用火箭發(fā)動機燃料,幾乎沒有積碳問題,大大增加了修復(fù)保養(yǎng)的便利,液化天然氣行業(yè)帶來的儲存便利和低成本,還享受高于液氧煤油的比沖。
目前為止,全球一共有八款火箭使用液氧甲烷發(fā)動機,而只有中國的朱雀二號成功投入商業(yè)運營。朱雀二號遙三運載火箭將三顆衛(wèi)星順利送入預(yù)定軌道,任務(wù)取得圓滿成功,這是中國民營航天事業(yè)的一個重要里程碑。
接下來,我們更應(yīng)該關(guān)注藍(lán)箭航天剛剛發(fā)布的朱雀三號液氧甲烷運載火箭。該公司稱,朱雀三號火箭起飛重量約660噸,起飛推力約900噸,一次性任務(wù)低軌運載能力達21.3噸,航區(qū)回收任務(wù)達18.3噸。
一子級為9臺天鵲12B(TQ-12B)發(fā)動機,火箭一子級可重復(fù)使用次數(shù)可達20次、用來貯存燃料的火箭貯箱結(jié)構(gòu)采用不銹鋼材料制造,將直接推動中國航天進入低成本的新時代。
不過,就算同樣是液氧甲烷運載火箭,SpaceX旗下的“星艦”重型運載火箭系統(tǒng)在技術(shù)上處于領(lǐng)先的地位。他們用的是是全流量補燃的液氧甲烷火箭,朱雀二號發(fā)動機為燃?xì)獍l(fā)生器循環(huán),僅從技術(shù)先進性上對比,中國民企與星艦尚有10年左右的差距。
總體而言,中國航天在可重復(fù)使用運載火箭領(lǐng)域還是落后于馬斯克的公司,但是并不等于我們沒有追趕的可能。如果中國藍(lán)箭航天的云雀3能順利推進,到2025年中國在可重復(fù)使用火箭領(lǐng)域?qū)⒋蠓瓤s小與美國的差距,這還要看“星艦”是否能獲得成功了。
中國航天科技集團公開承認(rèn)差距,說明我們有信心發(fā)起追趕,中國民營火箭公司更有信心,因為我們在液氧甲烷火箭發(fā)射成功方面已經(jīng)領(lǐng)先了。
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