12月3日，朱雀三號大型兩級重復使用液氧甲烷運載火箭從酒泉衛星發射中心LC-96B發射工位發射升空。火箭于北京時間12:00點火起飛，經歷一二級分離，整流罩分離，二級二次點火，最終成功將模擬載荷送入預定軌道。

火箭第一級則在甘肅省武威市民勤縣附近的陸上回收場進行了著陸嘗試，成功完成格柵舵展開，再入點火開機和關機并堅持到著陸點火前。但著陸點火開始約3秒后就發生發動機失效，并引發尾艙火災，導致火箭最終墜落于距離場坪中心點67.2米附近的地面上，未能實現一級回收。

朱雀三號遙一首飛

從朱雀二號到朱雀三號

藍箭航天成立于2015年，以國家戰略為指引，以市場需求為導向，致力于研制以液氧甲烷作為推進劑的中大型運載火箭系列產品，為全球市場提供高性價比、高可靠性的發射服務。藍箭航天的朱雀二號液氧甲烷運載火箭項目于2017年9月立項；2018年12月啟動方案階段研制工作。

以液氧甲烷為推進劑的朱雀二號運載火箭為兩級構型，箭體直徑3.35米，全箭高度49.5米，起飛重量219噸，起飛推力268噸。整流罩最大直徑3.35米，全長8.237米。火箭第一級采用4臺天鵲-12型80噸級液氧甲烷發動機并聯，第二級采用1臺天鵲-12型80噸級液氧甲烷發動機和1臺天鵲-11型10噸級游動液氧甲烷發動機組合而成。

2023年7月12日，朱雀二號遙二火箭在酒泉衛星發射中心執行復飛任務，火箭工作正常，順利完成了預定飛行計劃、將模擬載荷送入軌道。在此次首飛成功后，朱雀二號火箭成為全球首枚成功入軌的液氧甲烷火箭，藍箭航天成為世界第九家、中國第四家實現火箭入軌的民營公司，標志著我國運載火箭在新型低成本液體推進劑應用方面取得突破。

在朱雀二號遙二火箭成功入軌的5個月后，朱雀二號遙三火箭于2023年12月9日在酒泉衛星發射中心成功發射，將鴻鵠衛星、天儀33衛星及鴻鵠二號衛星送入460千米太陽同步軌道，該型火箭成功執行一箭多星商業發射任務，代表藍箭航天在商業化運營能力建設方面取得了穩步進展。

本次“一箭三星”商業發射任務勝利收官，標志著朱雀二號作為全球首款連續發射成功的液氧甲烷運載火箭，其技術狀態成熟度和穩定性得到進一步驗證，可靠性達到商業化發射交付要求。藍箭航天也成為國內民商航天中最早實現中大型液體運載火箭連續發射成功的企業，率先開啟了國內主流液體火箭規模化商業發射的新階段。

至此，藍箭航天作為國內唯一依靠自主研制的液氧甲烷發動機實現火箭連續入軌的企業，憑借三發試驗箭充分驗證了朱雀二號的總體及各分系統方案的正確性、協調性，為火箭和發動機產品的后續設計改進和可靠性提升積累了飛行子樣和良好的數據基礎，為朱雀三號可重復使用液氧甲烷運載火箭的研制打下了堅實基礎。

經過朱雀二號火箭、VTVL-1試驗箭和朱雀二號改進型火箭研制與發射的技術積累，藍箭航天推出了朱雀三號可重復使用液氧甲烷運載火箭，箭體直徑4.5米，整流罩直徑5.2米，全箭總長76.6米，起飛質量約660噸，起飛推力約900噸，低軌運載能力達21.3噸。箭體整箭配備了4組可展收式柵格舵作為氣動操縱面，用于第一級氣動減速段的姿態調整與落點控制；尾部安裝著陸腿，實現第一級回收時的垂直著陸。

進入2024年后，朱雀三號采用的天鵲-12B發動機開發似乎遇到了一些問題。從2023年底開始，藍箭航天就計劃使用朱雀二號E火箭上的發動機并將其增加推力至80噸，為首飛的朱雀三號運載火箭提供動力，用一個“削減型”朱雀三號運載火箭執行首飛任務。“削減型”朱雀三號的起飛質量為570噸，一次性發射近地軌道運載能力11.8噸，回收運力指標8噸。

朱雀三號遙一火箭的尾部

朱雀三號是中國首款不銹鋼液體運載火箭，其貯箱結構采用高強度不銹鋼材料，其材料選型、結構形式、焊接工藝與生產設備方面，均在國內具有高度的原創性。不銹鋼箭體結構可以大幅降低火箭的制造成本，縮短生產周期，耐高溫的性能在火箭多次返回、重復使用上具備明顯優勢。

另外，基于液氧甲烷成本低廉，甲烷發動機不積碳、易維護的特質和可全生命周期監測的屬性，朱雀三號火箭第一級發動機在火箭回收后理論上可實現不下箭檢查，加注完成即可再次飛行，實現真正的航班化運營，發射成本相較一次性使用火箭可降低80-90%。

朱雀三號發射升空

雖然朱雀三號首飛的成功，證明了該火箭具備將有效載荷送入地球軌道的能力，但該型火箭的首飛運力其實嚴重低于預期。除了首飛本身就很保守以及嚴格的落區限制外，火箭本身仍然存在一系列問題，最明顯的還是超重。

雖然這是國內首次使用不銹鋼建造火箭貯箱，其具體的性能驗證還有待確認，但存在不銹鋼貯箱超重問題的并不只有藍箭，隔壁星艦在將不銹鋼低溫強化至1300-1400MPa時仍然不夠，其v2版只有35噸運力（半人馬座的液氮冷軋強化工藝可以讓不銹鋼的強度提高到2200MPa，但其造價極其昂貴，且對溫度變化非常敏感，可能不適合用于重復使用火箭）。而藍箭在朱雀三號的削減版上更換了一部分鋁合金結構來緩解這個問題，并且后續還將繼續修改貯箱設計以減輕質量。但我們尚不能確定它什么時候能夠達到計劃的運力水平。

成為可回收火箭

火箭重復使用，首先需要能夠“落得回來”。這意味著火箭第一級在分離后需要完成調姿、再入點火和著陸等各個階段。這對重復使用火箭的設計水平提出了非常高的要求，首先其搭載的發動機必須具備多次起動能力，且必須在再入過程中能夠穩定可靠地啟動。

例如美國太空探索技術公司（SpaceX）的獵鷹9號火箭在典型重復使用任務中，第一級關機分離后先進行姿態調整，隨后在高空無動力滑行至110千米以下、再入大氣層，在70千米高度進行再入點火（REB），將進入動壓降低后借助空氣減速，最后在3千至4千米高度、減速至亞音速時進行最終著陸點火（FLB）。如果需要讓第一級火箭進行返場回收，還需要在第一級分離后進行被稱為“返回發射場點火”（BBB）的快速掉頭點火。

而重復使用運載火箭最大的難點在于其第一級火箭返回飛行過程中的推進劑管理。運載火箭發動機貯箱內時刻存在著由推進劑組成的液體部分和用于進行增壓的氣體部分（氣枕），而位于貯箱底部的發動機入口管路需要確保只有液體流入，如果混入氣體（夾氣）會導致發動機高速旋轉的渦輪泵被破壞，因此需要確保發動機入口不夾氣，這就需要進行推進劑管理。

在重復使用飛行任務中，第一級一次關機至二次啟動期間火箭基本在微重力下飛行，推進劑將完全“放飛自我”，在推進劑貯箱中飄蕩，如果發動機直接點火，勢必出現夾氣，可能導致貯箱內推進劑異常燃燒并引發爆炸。

以藍色起源公司新格倫火箭首飛為例，其采用3臺發動機同時點火的策略，但因為入口壓力不足使得發動機進入了一種特殊的氣液平衡狀態，泵中充滿了氣液混合物，從而導致發動機無法可靠點火，最終第一級火箭被動壓撕碎。而在第二次飛行中，藍色起源增加了增壓輸送裝置提供的入口壓力使得3臺發動機順利點火，支持新格倫火箭成功在回收船上降落。

朱雀三號一級墜落在著陸場上

保守來說，這些問題需要在火箭第一級推進劑貯箱內設置一個裝置，以確保二次點火前有足夠的推進劑能流入發動機使其正常點火。在較小的上面級一般會設置由不銹鋼網和隔板等組成的表面張力蓄液結構以實現推進劑晃動的抑制，這種設計被稱為“全管理貯箱”。但由于第一級火箭的尺寸巨大，如果在其中全部安裝各種表面張力蓄液金屬網/隔板結構，所付出的質量代價將不可想象。

因此可以通過設置恰到好處的一些小型裝置（獵鷹9號第一級甚至根本沒有管理裝置）來確保能在發動機入口留存一定推進劑，以實現“四兩撥千斤”的效果。同時，在主發動機點火前使用姿控發動機先進行一定減速，確保推進劑沉底。藍箭航天在朱雀三號第一級上采用冷氮氣姿控的方式，分為A/B兩組姿控，每組姿控包括8個切向安裝的姿態控制推力器和兩個傾斜向下的沉底推力器，以提供基本的沉底控制，冷氮氣安裝在級間段內的12個氣瓶中。

靜態點火中的朱雀三號遙一火箭

著陸點火的問題則又有一些不同，再入點火前火箭基本在大氣外和高空中大氣極其稀薄的區域飛行，基本處于微重力環境，因此對再入點火的可靠推進劑沉底有特殊的要求。而最終著陸前火箭從約當地馬赫數5減至小于1的亞音速段，在著陸前火箭會處于一個雖然不是很大但仍然很可觀的負加速度環境中（約-0.4g），也就是使用氣動阻力減速實現推進劑沉底。但由于此階段運載火箭需要通過格柵舵調整姿態，且貯箱內只有很少的一點推進劑，在火箭晃動的時候更容易晃蕩飛濺，導致發動機入口產生夾氣并誘使發動機破壞解體。

對重復使用火箭飛行的低液位推進劑管理雖然可以部分依靠計算流體力學進行適當模擬，但所需計算的量太大且可能不夠精確，落塔試驗價格高昂且時間不長，因此采用實際測試仍然是必不可少的。藍箭此前也進行了大量的仿真測試，但具體仍然要靠飛行來驗證。

此外，重復使用火箭還有大量挑戰，包括火箭再入點火過程中的防熱問題。獵鷹9號最初使用的柔性防火布在再入過程中被氣動壓力撕碎，導致高溫氣流灌入尾艙并引發失效，后續改為了硬質隔板。而朱雀三號目前看來采用的是高密度硅基柔性編織材料，這種材料能否挺過再入可能還需要由實踐證明。

還有老生常談的凸優化控制算法問題，相比于嫦娥三號或是藍色起源的那種懸停－著陸，獵鷹9號采用直接一次著陸的方案，發動機關機時火箭恰好觸地完成著陸，可以在節省大量燃料的同時不需要發動機具有深度節流能力，但控制難度較大。朱雀三號也采用了凸優化算法以引導火箭精確著陸，其再入點火會啟動5臺發動機，并且完成了再入點火過程，著陸點火則先啟動5臺發動機，執行11秒后再關閉外側4臺，最終依靠中心發動機落地。

而足夠運力則是重復使用火箭從“能用”到“好用”的關鍵一環。獵鷹9號的成功不在于它能夠回收，而是它每次飛行都可以在運送18.2噸載荷進入近地軌道的同時還能回收第一級，單次飛行的邊際成本僅為1500萬美元，其足夠高的運載能力帶來的低單位成本賦予其強大的競爭力。因此，如果想要我們的重復使用火箭足夠好用，那它就得有足夠的運載能力。提高運載能力不外乎增推、增比沖和減重，相比于前兩者主要是動力系統的任務，我們主要聊聊后者。

獵鷹9號得益于其超輕的2195鋁鋰合金貯箱和極其簡化的結構實現了第一級20，第二級29的干質比，同時搭配在燃氣發生器循環中超高比沖的發動機實現了極高的運力。而朱雀三號采用蒙皮－肋條激光焊接工藝的301不銹鋼貯箱而非傳統鋁合金貯箱的銑削壁板+攪拌摩擦焊，這確實有效地降低了成本，但質量也有所增加。因此，朱雀三號等不銹鋼火箭采用了一種此前國內火箭上幾乎沒有出現過的設計，而國外也只有較為新型的重復使用火箭有所使用，如超重助推和新格倫火箭。

朱雀三號一級火箭轉場

眾所周知，對于傳統的一次性火箭來說，肯定希望盡可能地減小轉動慣量以減少控制系統的壓力，因此對于一級火箭，一般都是將更重的氧化劑放在更高處接近火箭質心的位置以減小轉動慣量。大部分傳統火箭都是如此。但到了超重助推和朱雀三號這種不銹鋼火箭上，則發生了變化：這兩款火箭均將更重的液氧放在底部，而將更輕的甲烷放在了上側。原因也很簡單：放在上面更重的氧化劑的過載將通過燃燒劑貯箱傳遞至發動機推力架，而氧化劑比燃燒劑重很多，燃燒劑貯箱就需要額外增加大量質量以承受液氧的慣性力。

而將液氧放在下部允許液氧的慣性力通過箱底直接傳遞至發動機上，減小了質量。但代價就是力臂加長，控制難度增加。朱雀三號的燃燒劑貯箱均為薄壁光筒，而氧化劑貯箱為內加筋條貯箱（可以在照片上看到間斷焊的痕跡），和v1版的超重-星艦系統類似。如今的不銹鋼貯箱火箭或多或少都存在超重的問題，必須通過一些設計上的細節來盡可能減重。

此外，由中國航空工業集團成都飛機設計研究所研制的昊龍一號貨運航天飛機也將由朱雀三號火箭搭載發射。昊龍一號貨運航天飛機是為了進一步降低中國空間站貨物運輸成本，由中國航空工業集團成都所自主設計研制的一型帶翼可重復使用商業航天飛行器，用于開展低成本的空間站貨物運輸任務。而執行中國空間站貨運任務對朱雀三號提出了不低于7噸且第二級偏航約10度的需求，也對該型火箭的實際運力提出了更高（很可能就是一級回收8噸運力指標）的要求。

預計隨著2027年100噸推力的天鵲-12B發動機研制成功，藍箭還將基于天鵲-12B和具有巨大130面積比鈮鎢合金噴管的天鵲-15B實現具有20噸以上運載能力的朱雀三號完全體的飛行，并用于支持各類低軌衛星互聯網任務。

相關基礎設施

藍箭航天為朱雀三號在酒泉衛星發射中心新建了LC-96B發射工位，不同于獵鷹9號采用的三平方案，朱雀三號運載火箭采用第一級水平轉運、第二級和載荷垂直吊裝的方案，并修建了一座帶有頂部吊機的發射塔架。

而回收方面，重復使用火箭雖然看起來關機速度不太高，但其回收射程仍然能夠達到數百千米。以獵鷹9號發射星鏈這種典型低軌重載任務來說，關機速度約為2270米/秒的情況下射程在630千米左右，新格倫火箭發射EscaPADE雙星時關機速度在2000米/秒左右，射程598千米。而作為類似設計的朱雀三號，第一級火箭的關機速度和射程也會類似。

然后就會遇到一些問題：首先，陸地回收的著陸場不像海上的回收船一樣可以隨時改變停泊位置。由于朱雀三號面向中國空間站低成本貨運任務（傾角41.6度）、衛星互聯網二期工程（傾角50度）和“千帆”低軌寬帶衛星互聯網星座任務（傾角89度），如果不引入偏航機動的話，這至少需要2個著陸場才能解決問題。其次，距離酒泉600千米41.6-50度傾角上剛好是寧夏－吳忠人口密集區，但得益于不銹鋼貯箱良好的耐熱性，或許一個合理的著陸場應該在寧夏－陜西交界處附近，火箭跨越吳忠市人口密集區后著陸。

但在2024年6月30日那次令人震撼的試驗事故后，新的要求中可能不允許火箭跨越大量人口密集區以確保安全，這就不得不將著陸場的射程向內調整。到2025年6月，藍箭航天正式選擇了甘肅省武威市民勤縣東南側的一片沙漠建設朱雀三號回收場，距離蘇武鎮38千米。回收場距離發射場只有390千米，如果不改變級間比的話，第一級要么額外增加一次制動點火，要么需要采取非常陡峭的彈道，這可能造成再入熱流過大且需要更長的再入點火。

雖然藍箭通過為朱雀三號添加邊條翼以增強滑翔能力，減緩再入過載并提高可控滑翔能力，但影響仍然存在。實際上根據時序，朱雀三號火箭首飛的第一級動力段只有129至134秒，遠低于獵鷹9號的155+秒，且彈道更加陡峭，最高點超過130公里（獵鷹9只有105公里）。受限的第一級射程導致火箭無法發揮全部性能，很可能導致運載能力低于最優情況。

就算真縮小第一級、增加第二級也會導致綜合性能的偏移，過大的第二級會拖累高速任務性能并提高第二級成本。但藍箭表示以后仍然會使用民勤回收場，是否會在構型上做出一些取舍還有待觀察。

藍箭民勤著陸場

無論如何，此次飛行的成功已經超過了一些預期，火箭甚至還撐過了再入點火并且嘗試進行了著陸點火，二級通過兩次點火進入了預定軌道。總的來說，這是中國重復使用火箭的一次里程碑事件。藍箭計劃在不久的未來開展第二次飛行試驗，讓我們看看它能不能返回。不過在朱雀三號遙二飛行任務之前，在不遠處的另一枚火箭也將進行另一次嘗試。

本文系觀察者網獨家稿件，文章內容純屬作者個人觀點，不代表平臺觀點，未經授權，不得轉載，否則將追究法律責任。關注觀察者網微信guanchacn，每日閱讀趣味文章。