界面新聞記者｜馬悅?cè)?/p>
中國民企拿下了液氧甲烷火箭的“全球首發(fā)”，在全球商業(yè)航天領(lǐng)域創(chuàng)造了新的紀錄。
7月12日9時00分，界面新聞自現(xiàn)場獲悉，由藍箭航天空間科技股份有限公司 （下稱藍箭航天） 自主研制的朱雀二號遙二液氧甲烷運載火箭（代號“ZQ-2 Y2”），在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空，按程序完成了飛行任務(wù)，發(fā)射任務(wù)獲得圓滿成功。
朱雀二號遙二火箭成為了全球首枚成功入軌的液氧甲烷火箭。藍箭航天稱，這意味著中國首款大推力液氧甲烷發(fā)動機通過飛行驗證，標志著中國全面掌握液氧甲烷運載火箭關(guān)鍵技術(shù)。
在飛行試驗后的答記者問中，朱雀二號運載火箭型號總指揮杜方平宣布，根據(jù)火箭飛行數(shù)據(jù)及航天飛控中心監(jiān)測計算，朱雀二號火箭已于9時12分到達預(yù)定軌道。
杜方平稱，在即將迎來“天問一號”火星探測器成功入軌三周年之際，見證了人類歷史上液氧甲烷火箭的首次成功入軌發(fā)射，這是中國航天事業(yè)發(fā)展中取得的又一次重大的突破。
“我們認為，中國商業(yè)火箭真的進入到2.0時代了。”藍箭航天董事長兼CEO張昌武稱。
拉開液氧甲烷火箭時代序幕
近年來，全球商業(yè)航天公司大多把飛行器的技術(shù)新路線鎖定在了液氧甲烷。如SpaceX的星艦、聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟的火神、藍色起源的新格倫號等，這些液氧甲烷火箭都將在或已于2023年進行飛行試驗。
朱雀二號副總師兼副總指揮戴政在發(fā)布會上稱，預(yù)計今年甲烷火箭將迎來“發(fā)射大潮”。
“液氧甲烷作為全新的雙低溫推進劑，非常吻合火箭的商業(yè)需求，它無毒、環(huán)保，成本低廉，供應(yīng)充足，冷卻性能好，燃燒穩(wěn)定，尤其是試車之后不用清理，特別貼合商業(yè)運載火箭和可重復(fù)使用運載火箭發(fā)展的需求?！贝髡硎?。
根據(jù)發(fā)動機使用的燃料不同，火箭可分為固體火箭和液體火箭。液體火箭是指采用液體推進劑的發(fā)動機作為動力系統(tǒng)的火箭。
固體火箭具備可靠性高、發(fā)射操作簡單等特點，但比沖小、推力不易控制，不可回收重復(fù)利用。
相較于固體火箭，液體火箭具備比沖高、推力可調(diào)、可多次啟動等優(yōu)點，是可回收運載火箭的更優(yōu)選擇。實現(xiàn)運載火箭的可回收，是國內(nèi)外商業(yè)航天降低運載成本的必經(jīng)之路。
液體火箭燃料主要包括液氧煤油、液氧液氫和液氧甲烷等。其中，液氧液氫發(fā)動機重復(fù)使用性最佳，但推進劑制造、貯存成本高；液氧煤油發(fā)動機成本低、推重比高，但煤油易結(jié)焦，自蒸發(fā)能力最差，返航后處理復(fù)雜、復(fù)用困難。因此，液氧甲烷路徑最具商業(yè)趨勢。
藍箭航天朱雀二號遙二火箭是國內(nèi)民營商業(yè)航天首款基于自主研制的液體發(fā)動機，并實現(xiàn)成功入軌的運載火箭，填補了國內(nèi)液氧甲烷火箭的技術(shù)空白。
從2017年起，藍箭航天決定研制中大型甲烷譜線以及大推力的液氧甲烷發(fā)動機?！澳壳皝砜矗@是非常有前瞻性、非常正確的戰(zhàn)略決定。”戴政稱。
戴政稱，朱雀二號遙二的成功，證明甲烷是一種非常優(yōu)秀的商業(yè)推進劑，必將成為全球商業(yè)航天下一代運載火箭的主流。
據(jù)他介紹，藍箭航天在火箭和發(fā)動機研制的過程中，攻克了一系列的關(guān)鍵技術(shù)，其中多項屬于國內(nèi)首創(chuàng)，如液體火箭發(fā)動機大型噴管激光焊接技術(shù)、液體運載火箭甲烷自生增壓技術(shù)、發(fā)動機變推力工況控制系統(tǒng)半實物仿真技術(shù)等。
“目前藍箭已經(jīng)擁有753項專利?！贝髡硎?，經(jīng)過遙一、遙二兩次飛行試驗，藍箭自主研制的液氧甲烷發(fā)動機得到了充分驗證。
開啟批量化交付階段
中國商業(yè)航天正式開啟于2015年。此后，藍箭航天、星際榮耀、零壹空間、翎客航天、星河動力、星途探索、九州云箭等十?dāng)?shù)家民營火箭公司相繼成立。但此前兩年，多家民營火箭初創(chuàng)企業(yè)鮮有最新進展，有的甚至已逐漸消失在公眾視野里。
相比于部分企業(yè)一開始選擇技術(shù)路線相對簡單的固體火箭，藍箭航天最初就選擇了液氧甲烷的路線。
界面新聞從發(fā)布會上了解到，朱雀二號液氧甲烷運載火箭于2017年9月立項，2021年9月轉(zhuǎn)入試樣階段。
去年12月14日，朱雀二號遙一火箭執(zhí)行首飛試驗，由于二級游機異常關(guān)機故障，導(dǎo)致任務(wù)失利。
事后，藍箭航天成立了故障歸零專項工作組，針對故障采取改進措施，通過仿真、地面試驗和發(fā)動機試車驗證了改進措施的有效性，并于今年3月18日通過了故障歸零專家評審。
杜方平對界面新聞等媒體表示，朱雀二號遙一火箭飛行失利，表面上看因為推進劑輸送管路存在設(shè)計余度不足，根本原因則是行政團隊內(nèi)部在專業(yè)技術(shù)管理上存在缺陷。兩個專業(yè)部門沒有開展聯(lián)合設(shè)計和聯(lián)合仿真，未及時在產(chǎn)品上發(fā)現(xiàn)缺陷，導(dǎo)致遙一失利。
“通過歸零工作，藍箭完善了設(shè)計，消除了產(chǎn)品的薄弱環(huán)節(jié)，并進行了充分的地面試車驗證。驗證通過后將措施落實在了遙二產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中。”杜方平稱，為此團隊付出了大量工作和努力。
據(jù)他介紹，藍箭也完善了型號研制的技術(shù)狀態(tài)、管理制度和流程，以確保后續(xù)型號能夠規(guī)范，沿著固有流程快速進行技術(shù)狀態(tài)管理。
界面新聞了解到，在朱雀二號遙二進場期間，朱雀二號遙三已經(jīng)進入總裝的狀態(tài)?！邦A(yù)計遙三將在今年下半年發(fā)射?！睆埐浔硎?。
藍箭航天希望通過三發(fā)火箭，建立起朱雀二號運載火箭的可靠性，積累起市場對該公司的認可。
“接下來，無論是中國的商業(yè)航天產(chǎn)業(yè)，還是藍箭航天自身，都會進入到一個快速發(fā)展的階段。”張昌武對界面新聞等媒體表示。
據(jù)他介紹，未來藍箭航天將重點圍繞兩項工作。
一是將圍繞已經(jīng)建立起來的供應(yīng)鏈和生產(chǎn)制造測試系統(tǒng)，快速推進商業(yè)化工作，面向于市場，面向于中國的低軌道衛(wèi)星星座的建設(shè)。
二是基于已經(jīng)得到兩次飛行驗證的發(fā)動機系統(tǒng)優(yōu)勢，藍箭航天將加快開發(fā)朱雀可重復(fù)使用運載火箭型號，以使得藍箭技術(shù)未來能夠在國內(nèi)甚至世界取得領(lǐng)先的地位。
“藍箭在發(fā)射下一發(fā)火箭時，會搭載有效載荷，以進一步驗證火箭在有載荷的情況下入軌能力和入軌精度。這將為明年批量化向市場交付奠定基礎(chǔ)?！睆埐浞Q。
據(jù)戴政介紹，后續(xù)藍箭面對的客戶主要是大型星座的主網(wǎng)客戶，包括部分中大型的載荷，同時也會搭載一些小型衛(wèi)星的商業(yè)載荷。
目標運載價格不高于SpaceX
一直以來，美國SpaceX都是全球商業(yè)航天領(lǐng)域的“佼佼者”。該公司自2002年成立至今，已開發(fā)了可部分重復(fù)使用的獵鷹1號和獵鷹9號運載火箭。
2022年，SpaceX一共進行了61次軌道級發(fā)射，發(fā)射成功率和火箭回收成功率均為100%，累計發(fā)射衛(wèi)星數(shù)量超過2000顆。
被馬斯克寄予厚望的SpaceX“星艦”，計劃采用液態(tài)甲烷液氧推進劑，將100噸的貨物運送到近地軌道，被稱為有史以來推力最大的火箭。
今年4月20日，星艦進行了首飛，在升空3分鐘59秒時，星艦爆炸，未能成功進入預(yù)定軌道，最終以失敗告終。
藍箭航天董事長兼CEO張昌武認為，中國的運載火箭在國際上的競爭力始終處于前列，雖然過往SpaceX通過火箭的可重復(fù)使用，達到了較低的運載價格，但中國運載火箭的材料工藝等各方面的競爭優(yōu)勢仍非常明顯。
他表示，朱雀二號整個產(chǎn)品的研制歷時五年，研發(fā)總費用數(shù)億元。接下來，該產(chǎn)品將進入批量化交付階段，未來工作重點將是優(yōu)化供應(yīng)鏈、提升制造效率等。
朱雀二號運載火箭在低地球軌道的運載能力，將從期初的1.5噸，逐步提升到4噸。“如果能夠把硬件成本控制在1億以下，將在市場中存在較強的競爭力?！睆埐浞Q。
“當(dāng)前朱雀二號火箭屬于積累可靠性的階段，明年火箭批量化交付后，性能將得到大幅度提升。”張昌武表示，藍箭的近期目標是，從明年起，朱雀二號火箭的單位運載價格不高于SpaceX旗下的獵鷹9號。
“藍箭的下一個目標是，朱雀二號的整體BOM成本能夠控制到低于目前市場30%以上的水平。”張昌武稱。但他同時提及，發(fā)射價格可能并不是未來商業(yè)航天的核心考量因素。
BOM成本是指產(chǎn)品的直接成本，包括產(chǎn)品制造過程中所需原材料、零部件、工具和人工等成本。
張昌武認為，隨著藍箭擁有更大規(guī)模的單次運輸能力，以及每年更多的發(fā)射窗口，將帶給市場極強的號召力，從而提升自身競爭力。