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馬斯克出師不利,中國朱雀二号成功入軌,擊敗美國,創造人類曆史

作者:梁老師說事

一說到民營火箭,很多人首先想到的應該是馬斯克的太空探索技術公司。

不論是他的獵鷹系列,還是後來的星艦,都在努力的壓縮成本。

比如可重複利用的火箭,多台火箭發動機的并聯使用等等,都吸引了足夠的眼球。

但很多人不知道,中國在太空探索方面,民營企業參與其中也是越來越多。

通過《2022年中國商業航天産業投資報告》中就可以看出這一點,從2015年開始,中國已經擁有了近五百家持有航天經營範圍的企業。

而朱雀系列,就是中國民營企業藍劍空間科技有限公司自主研發的。

既然是民營企業,成本同樣是關鍵,畢竟民營企業是需要利潤的,低成本才是産生利潤的根本。

朱雀系列目标也是如此,不同于馬斯克的太空探索技術公司,在壓縮成本技術上的全面開花,朱雀系列首先瞄準的是發動機。

那麼什麼樣的發動機可以降低成本呢?

液氧甲烷發動機。

為什麼液氧甲烷發動機就可以降低成本呢?

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關于這個問題,最好先算一筆賬。

目前在火箭領域中推進劑,成本最高的是液氫,光生産成本一公斤就可以達到五百元。

其次是煤油,生産成本是一公斤十元,而最低的就是液态甲烷成本可以控制在一公斤五元的範圍。

這還是2019年的資料,随着技術的進步,成本會進一步的降低。

說到這裡,很多人對于推進劑沒有什麼概念,認為就算是再貴,放到火箭上能增加多少成本?

這麼說吧,火箭又高又大,體重往往可以達到幾百噸,但要知道這個大家夥,說到底其實就是一個鐵殼子,關鍵性的部件重量并不大。

占據最大頭的重量就是火箭推進劑,往往幾百噸的大家夥,推進劑就可以占據到90%以上。

想想看,一公斤五百元的液氫和一公斤五元的液态甲烷,會節省下多少成本?

再有就是液态甲烷密度一立方分米隻有0.42公斤,而液氫卻達到了一立方分米0.0708公斤。

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也就是說相同品質的液态甲烷可以比液氫節省一部分空間,要知道在太空領域,節省下的空間,就相當于節省下了成本,可以裝入更多的需要的裝置。

當然,缺點也不是沒有的,液态甲烷的發動機比沖,要比液氫低,液氫可以達到445秒,而液态甲烷隻有355秒。

還有就是液态甲烷能量密度也低,一公斤隻有五十兆焦,液氫卻可以達到120兆焦。

既然有這樣的缺點,那麼為什麼還認為液态甲烷發動機要比液氫發動機好呢?

這就是液态甲烷發動機的另外一個優勢。

火箭發動機使用的推進劑中,必須含有液氧,不然就沒辦法點火。

這個時候就需要一個叫共底貯箱的裝置。

兩種氣體液态化之後,他們的沸點越是接近,這個共底貯箱的裝置的工藝就會越簡單,而且還不需要高标準的材料進行制作。

而工藝簡單就意味着成本進一步的降低,不使用高标準的材料,意味着成本再進一步的降低。

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比如液态甲烷的沸點是零下161.5度,液氧的沸點是零下182.96度,兩者的溫差隻有21.46度。

液氫的沸點是零下252.78度,和液氧的沸點相差了135.96度。

液氧和液氫如此大的沸點溫差,讓共底貯箱不僅變的成本加大,還會讓火箭的高度增加。

而一個物體的高度增加,意味着重心是不穩的,那麼相應的還要對火箭本身的結構要做一定的調整。

任何的調整都是需要資金投入的,而不是說說就可以辦到的。

再有就是液态甲烷發動機,在使用過後不接痂,這就給裝置的重複利用提供了先決條件。(注:煤油發動機結痂)

而重複利用火箭,又是壓縮火箭成本的關鍵性環節。

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最典型的就是馬斯克的星艦,星艦目前已經實作了芯一級,助推器,整流罩的多次回收使用。

開始對發動機的回收使用發起了挑戰。

但星艦使用的液氧煤油推進劑,這種發動機會出現明顯的接痂和積炭問題。

是以就算是星艦對發動機的回收技術有所突破,但這樣的發動機的安全問題絕對是一個大問題,會成為火箭發動機回收之後的障礙。

最後一個有利的條件就是以目前的技術,液态甲烷更加容易在自然界中擷取。

朱雀系列

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2018年八月二十号,朱雀一号總裝完成。

朱雀一号是一款三體串聯式固體火箭,全場十九米,起飛重量隻有二十七噸,起飛推力是四十五噸。

說實話這樣的火箭重量還是太小,但這樣的設計目的同樣是為了讓制造成本控制在一個可控範圍内。

畢竟它是中國首個實作衛星入軌的民營火箭,意義更大,試驗目的居多。

而它還攜帶着要一個任務,就是送一顆微小衛星進入到太陽同步軌道。

朱雀一号,主打的就是拓展微小衛星,實作一個小時就可以完成一次發射,推送一顆衛星升空。

那麼這麼做有什麼意義?

可以定點對相關空域進行觀測和評估。

比如想要檢視一下某一片海域的狀況,其他衛星一時半會過不來,這個時候就可以将朱雀一号用上,送一顆衛星上去進行偵察。

如果一顆不夠,在很短的時間内,送上去多顆,實施偵察。

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再比如,某地發生一些自然災害,導緻通信中斷,使用朱雀一号在幾個小時之内,布置一顆專用的通信衛星。

是以别看個小,但用處是很大的。

但很可惜朱雀一号在2018年十月二十七号的發射中失敗了。

一級火箭和二級火箭的分離沒有問題,三級火箭的點火也正常,但在三級火箭自旋的時候失敗了,沒能達到第一宇宙速度。

究其原因,姿态的控制出現了問題,而最關鍵的是,推進劑提前耗盡。

之是以推進劑提前耗盡,不是計算的儲量出了問題,而是推進劑洩露了。

整個發射過程經曆了三百八十秒。

雖然發射任務失敗,但從另一面可以看到中國的民營航空已經有了一定的實力。

而藍劍公司的下一個目标就是朱雀二号,液體運載火箭,使用的就是液氧甲烷發動機。

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八十噸重的一級二級火箭發動機,十噸重的三級火箭發動機,地球低軌道推送能力四噸,太陽同步軌道運載能力兩噸,預計在2020年實作首飛。

時間到了2023年七月十二号,大漠深處轟鳴響起,朱雀二号一飛沖天。

沒過多久,火箭發射指揮中心,響起了一片歡呼,朱雀二号成功了。

從點火開始,到進入到軌道,用時七百六十多秒。

這枚火箭高近五十米,起飛重量二百一十九噸,與朱雀一号相比已經算是一款中型運載火箭。

這麼說的話,似乎朱雀二号似乎除了民營開發之外,就沒有什麼亮點了。

其實它最大的亮點在于,它是首款使用液氧甲烷發動機,成功将衛星發射入軌的火箭。

液氧甲烷發動機的曆史

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要說液氧甲烷發動機是誰最先推進的?是美國,而且他們在上個世紀八十年代初期就開始了這樣的試驗。

當時開始液氧甲烷發動機,是基于液氧甲烷航空航天兩用飛行器進行開發研究的。

直到2010年的五月五号,美國的航空噴氣公司,才在白沙飛彈試驗場,對一個推力2.5噸的液氧甲烷火箭發動機進行了高空試車,當然這次試驗成功了。

時間走到2012年的十一月,馬斯克就宣布了他的太空探索技術公司,對外宣布開始研發甲烷火箭發動機。

太空探索技術公司之是以使用甲烷發動機,目标直指火星移民,因為在火星上有着非常豐富的地下水和二氧化碳,通過這兩樣東西就可以合成甲烷這種最簡單的碳氫化合物。

抛開這些,甲烷發動機,甚至是液氧甲烷發動機都是下一代火箭的主要裝置。

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是以液氧甲烷發動機成了各國都在研究的一個領域。

其中引領世界的就是美國的藍色起源公司研發的發動機以及馬斯克的太空探索技術公司研發的發動機。

但液氧甲烷發動機在國際上一直處于探索間斷,更不要說大推力的液氧甲烷發動機了。

雖然都有成品,但沒有一樣液氧甲烷發動機,成功的入軌。

而中國的朱雀二号,卻做到了成功入軌。

其實朱雀二号,早在2022年的十二月十四号,就進行了首飛試驗。

但他在二級遊機的時候,遇到了異常關機問題,遭遇了失敗。

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經過幾個月的排除故障,在2023年的三月十八号,将所有的故障歸零。

這才有了這一次的朱雀二号的複飛。

而這一次的複飛,成功了。

三個月排除故障,半年時間實作複飛,還成功了。

而且還在這次複飛的時候,成功的進行了火箭智能化系統的試驗。

這也預示着中國的民營力量,在航天領域中的發展,有了更加全面的條件。

其實除了藍劍之外,公開的資料中,還有九州雲箭,星際榮耀,宇航推進等等的民營航天企業,在液氧甲烷火箭的研發中走出了不一樣的道路。

相信這些名字,會讓中國人一個個的都熟悉起來。

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