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中國(guó)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(jì)錄。

7月12日9時(shí)00分，界面新聞自現(xiàn)場(chǎng)獲悉，由藍(lán)箭航天空間科技股份有限公司 （下稱藍(lán)箭航天） 自主研制的朱雀二號(hào)遙二液氧甲烷運(yùn)載火箭（代號(hào)“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(hào)遙二火箭成為了全球首枚成功入軌的液氧甲烷火箭。藍(lán)箭航天稱，這意味著中國(guó)首款大推力液氧甲烷發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)飛行驗(yàn)證，標(biāo)志著中國(guó)全面掌握液氧甲烷運(yùn)載火箭關(guān)鍵技術(shù)。

在飛行試驗(yàn)后的答記者問(wèn)中，朱雀二號(hào)運(yùn)載火箭型號(hào)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(cè)計(jì)算，朱雀二號(hào)火箭已于9時(shí)12分到達(dá)預(yù)定軌道。

杜方平稱，在即將迎來(lái)“天問(wèn)一號(hào)”火星探測(cè)器成功入軌三周年之際，見(jiàn)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(guó)航天事業(yè)發(fā)展中取得的又一次重大的突破。

“我們認(rèn)為，中國(guó)商業(yè)火箭真的進(jìn)入到2.0時(shí)代了。”藍(lán)箭航天董事長(zhǎng)兼CEO張昌武稱。 

拉開(kāi)液氧甲烷火箭時(shí)代序幕

近年來(lái)，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(lán)色起源的新格倫號(hào)等，這些液氧甲烷火箭都將在或已于2023年進(jìn)行飛行試驗(yàn)。

朱雀二號(hào)副總師兼副總指揮戴政在發(fā)布會(huì)上稱，預(yù)計(jì)今年甲烷火箭將迎來(lái)“發(fā)射大潮”。

“液氧甲烷作為全新的雙低溫推進(jìn)劑，非常吻合火箭的商業(yè)需求，它無(wú)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(chē)之后不用清理，特別貼合商業(yè)運(yùn)載火箭和可重復(fù)使用運(yùn)載火箭發(fā)展的需求?！贝髡硎?。

根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)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(jìn)劑的發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力系統(tǒng)的火箭。

固體火箭具備可靠性高、發(fā)射操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，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(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，是可回收運(yùn)載火箭的更優(yōu)選擇。實(shí)現(xiàn)運(yùn)載火箭的可回收，是國(guó)內(nèi)外商業(yè)航天降低運(yùn)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(dòng)機(jī)重復(fù)使用性最佳，但推進(jìn)劑制造、貯存成本高；液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)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(shì)。

藍(lán)箭航天朱雀二號(hào)遙二火箭是國(guó)內(nèi)民營(yíng)商業(yè)航天首款基于自主研制的液體發(fā)動(dòng)機(jī)，并實(shí)現(xiàn)成功入軌的運(yùn)載火箭，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)液氧甲烷火箭的技術(shù)空白。

從2017年起，藍(lán)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(dòng)機(jī)。“目前來(lái)看，這是非常有前瞻性、非常正確的戰(zhàn)略決定。”戴政稱。

戴政稱，朱雀二號(hào)遙二的成功，證明甲烷是一種非常優(yōu)秀的商業(yè)推進(jìn)劑，必將成為全球商業(yè)航天下一代運(yùn)載火箭的主流。

據(jù)他介紹，藍(lán)箭航天在火箭和發(fā)動(dòng)機(jī)研制的過(guò)程中，攻克了一系列的關(guān)鍵技術(shù)，其中多項(xiàng)屬于國(guó)內(nèi)首創(chuàng)，如液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)大型噴管激光焊接技術(shù)、液體運(yùn)載火箭甲烷自生增壓技術(shù)、發(fā)動(dòng)機(jī)變推力工況控制系統(tǒng)半實(shí)物仿真技術(shù)等。

“目前藍(lán)箭已經(jīng)擁有753項(xiàng)專利。”戴政表示，經(jīng)過(guò)遙一、遙二兩次飛行試驗(yàn)，藍(lán)箭自主研制的液氧甲烷發(fā)動(dòng)機(jī)得到了充分驗(yàn)證。

開(kāi)啟批量化交付階段

中國(guó)商業(yè)航天正式開(kāi)啟于2015年。此后，藍(lán)箭航天、星際榮耀、零壹空間、翎客航天、星河動(dòng)力、星途探索、九州云箭等十?dāng)?shù)家民營(yíng)火箭公司相繼成立。但此前兩年，多家民營(yíng)火箭初創(chuàng)企業(yè)鮮有最新進(jìn)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(kāi)始選擇技術(shù)路線相對(duì)簡(jiǎn)單的固體火箭，藍(lán)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(huì)上了解到，朱雀二號(hào)液氧甲烷運(yùn)載火箭于2017年9月立項(xiàng)，2021年9月轉(zhuǎn)入試樣階段。   

去年12月14日，朱雀二號(hào)遙一火箭執(zhí)行首飛試驗(yàn)，由于二級(jí)游機(jī)異常關(guān)機(jī)故障，導(dǎo)致任務(wù)失利。

事后，藍(lán)箭航天成立了故障歸零專項(xiàng)工作組，針對(duì)故障采取改進(jìn)措施，通過(guò)仿真、地面試驗(yàn)和發(fā)動(dòng)機(jī)試車(chē)驗(yàn)證了改進(jìn)措施的有效性，并于今年3月18日通過(guò)了故障歸零專家評(píng)審。

杜方平對(duì)界面新聞等媒體表示，朱雀二號(hào)遙一火箭飛行失利，表面上看因?yàn)橥七M(jìn)劑輸送管路存在設(shè)計(jì)余度不足，根本原因則是行政團(tuán)隊(duì)內(nèi)部在專業(yè)技術(shù)管理上存在缺陷。兩個(gè)專業(yè)部門(mén)沒(méi)有開(kāi)展聯(lián)合設(shè)計(jì)和聯(lián)合仿真，未及時(shí)在產(chǎn)品上發(fā)現(xiàn)缺陷，導(dǎo)致遙一失利。

“通過(guò)歸零工作，藍(lán)箭完善了設(shè)計(jì)，消除了產(chǎn)品的薄弱環(huán)節(jié)，并進(jìn)行了充分的地面試車(chē)驗(yàn)證。驗(yàn)證通過(guò)后將措施落實(shí)在了遙二產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程中。”杜方平稱，為此團(tuán)隊(duì)付出了大量工作和努力。

據(jù)他介紹，藍(lán)箭也完善了型號(hào)研制的技術(shù)狀態(tài)、管理制度和流程，以確保后續(xù)型號(hào)能夠規(guī)范，沿著固有流程快速進(jìn)行技術(shù)狀態(tài)管理。

界面新聞了解到，在朱雀二號(hào)遙二進(jìn)場(chǎng)期間，朱雀二號(hào)遙三已經(jīng)進(jìn)入總裝的狀態(tài)?！邦A(yù)計(jì)遙三將在今年下半年發(fā)射?！睆埐浔硎?。

藍(lán)箭航天希望通過(guò)三發(fā)火箭，建立起朱雀二號(hào)運(yùn)載火箭的可靠性，積累起市場(chǎng)對(duì)該公司的認(rèn)可。

“接下來(lái)，無(wú)論是中國(guó)的商業(yè)航天產(chǎn)業(yè)，還是藍(lán)箭航天自身，都會(huì)進(jìn)入到一個(gè)快速發(fā)展的階段?！睆埐鋵?duì)界面新聞等媒體表示。

據(jù)他介紹，未來(lái)藍(lán)箭航天將重點(diǎn)圍繞兩項(xiàng)工作。

一是將圍繞已經(jīng)建立起來(lái)的供應(yīng)鏈和生產(chǎn)制造測(cè)試系統(tǒng)，快速推進(jìn)商業(yè)化工作，面向于市場(chǎng)，面向于中國(guó)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(yàn)證的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)，藍(lán)箭航天將加快開(kāi)發(fā)朱雀可重復(fù)使用運(yùn)載火箭型號(hào)，以使得藍(lán)箭技術(shù)未來(lái)能夠在國(guó)內(nèi)甚至世界取得領(lǐng)先的地位。

“藍(lán)箭在發(fā)射下一發(fā)火箭時(shí)，會(huì)搭載有效載荷，以進(jìn)一步驗(yàn)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(chǎng)交付奠定基礎(chǔ)?！睆埐浞Q。

據(jù)戴政介紹，后續(xù)藍(lán)箭面對(duì)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(shí)也會(huì)搭載一些小型衛(wèi)星的商業(yè)載荷。

目標(biāo)運(yùn)載價(jià)格不高于SpaceX

一直以來(lái)，美國(guó)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(kāi)發(fā)了可部分重復(fù)使用的獵鷹1號(hào)和獵鷹9號(hào)運(yùn)載火箭。

2022年，SpaceX一共進(jìn)行了61次軌道級(jí)發(fā)射，發(fā)射成功率和火箭回收成功率均為100%，累計(jì)發(fā)射衛(wèi)星數(shù)量超過(guò)2000顆。

被馬斯克寄予厚望的SpaceX“星艦”，計(jì)劃采用液態(tài)甲烷液氧推進(jìn)劑，將100噸的貨物運(yùn)送到近地軌道，被稱為有史以來(lái)推力最大的火箭。

今年4月20日，星艦進(jìn)行了首飛，在升空3分鐘59秒時(shí)，星艦爆炸，未能成功進(jìn)入預(yù)定軌道，最終以失敗告終。

藍(lán)箭航天董事長(zhǎng)兼CEO張昌武認(rèn)為，中國(guó)的運(yùn)載火箭在國(guó)際上的競(jìng)爭(zhēng)力始終處于前列，雖然過(guò)往SpaceX通過(guò)火箭的可重復(fù)使用，達(dá)到了較低的運(yùn)載價(jià)格，但中國(guó)運(yùn)載火箭的材料工藝等各方面的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)仍非常明顯。

他表示，朱雀二號(hào)整個(gè)產(chǎn)品的研制歷時(shí)五年，研發(fā)總費(fèi)用數(shù)億元。接下來(lái)，該產(chǎn)品將進(jìn)入批量化交付階段，未來(lái)工作重點(diǎn)將是優(yōu)化供應(yīng)鏈、提升制造效率等。

朱雀二號(hào)運(yùn)載火箭在低地球軌道的運(yùn)載能力，將從期初的1.5噸，逐步提升到4噸?！叭绻軌虬延布杀究刂圃?億以下，將在市場(chǎng)中存在較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力?！睆埐浞Q。

“當(dāng)前朱雀二號(hào)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?！睆埐浔硎?，藍(lán)箭的近期目標(biāo)是，從明年起，朱雀二號(hào)火箭的單位運(yùn)載價(jià)格不高于SpaceX旗下的獵鷹9號(hào)。

“藍(lán)箭的下一個(gè)目標(biāo)是，朱雀二號(hào)的整體BOM成本能夠控制到低于目前市場(chǎng)30%以上的水平。”張昌武稱。但他同時(shí)提及，發(fā)射價(jià)格可能并不是未來(lái)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(guò)程中所需原材料、零部件、工具和人工等成本。

張昌武認(rèn)為，隨著藍(lán)箭擁有更大規(guī)模的單次運(yùn)輸能力，以及每年更多的發(fā)射窗口，將帶給市場(chǎng)極強(qiáng)的號(hào)召力，從而提升自身競(jìng)爭(zhēng)力。