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發(fā)射前被寄予厚望的朱雀三號火箭,最終還是未能實現(xiàn)火箭一子級的回收驗證。
此前,藍(lán)箭航天旗下的朱雀三號遙一運載火箭,原本計劃在11月29日啟動發(fā)射任務(wù)。之后,因天氣原因,發(fā)射日期延后至12月1日。隨后,又因不可抗力臨時暫緩。
12月3日,朱雀三號遙一運載火箭正式在東風(fēng)商業(yè)航天創(chuàng)新試驗區(qū)發(fā)射升空,火箭二級進(jìn)入預(yù)定軌道。不過,朱雀三號火箭一級進(jìn)行回收驗證過程中,發(fā)生了異常燃燒,未實現(xiàn)在回收場坪的軟著陸,回收試驗失敗。
從網(wǎng)傳的視頻來看,朱雀三號火箭一級在返回地面過程中,并未實現(xiàn)明顯的“剎車減速”。在觸地之前,火箭一子級已發(fā)生起火燃燒。藍(lán)箭航天方面表示,研制團(tuán)隊將盡快開展本次試驗過程的全面復(fù)盤與技術(shù)歸零,全力查明故障原因,持續(xù)優(yōu)化回收方案,在后續(xù)任務(wù)中繼續(xù)推進(jìn)可重復(fù)使用驗證。
有分析認(rèn)為,這是中國民營航天公司第一次進(jìn)行火箭可回收的實際驗證,失敗在所難免。
但值得注意的是,實現(xiàn)火箭可回收也僅是商業(yè)航天走向規(guī)模化的第一步,之后火箭子級單元能否實現(xiàn)檢修再利用、規(guī)模化的訂單如何高效履約以及衛(wèi)星組成效率和成本之間的平衡等,依然存在著諸多問題有待解決。
中國版“Space X”,無法一蹴而就
朱雀三號發(fā)射之前,有市場觀點認(rèn)為,中國商業(yè)航天將一步比肩Space X,從此踏入火箭回收再利用的快車道。但實際并非如此簡單。
首先,火箭的動力垂直回收方式,是目前火箭技術(shù)中難度最高的方案。
在火箭回收過程中,火箭的質(zhì)量、速度不斷變化,需發(fā)動機(jī)推力大幅、連續(xù)可調(diào)。在火箭傾斜、大幅機(jī)動時,要確保渦輪泵能持續(xù)穩(wěn)定地吸入推進(jìn)劑,避免出現(xiàn)氣蝕?(空泡)導(dǎo)致推力不穩(wěn)定或發(fā)動機(jī)熄火。
同時,在入大氣層階段,發(fā)動機(jī)艙則面臨超高溫氣流沖擊,需要有效熱管理?(如采用PICA-X防熱材料)。發(fā)動機(jī)在短時間內(nèi)多次點火,面臨巨大的熱疲勞挑戰(zhàn)。
其次,火箭子級回收之后,發(fā)動機(jī)仍面臨著諸多檢測,以確保其健康狀態(tài)能夠勝任下一次任務(wù)。
以SpaceX的梅林發(fā)動機(jī)為例,每次回收后,都需要通過嚴(yán)格的無損檢測評估關(guān)鍵部件(如渦輪泵葉片、推力室內(nèi)壁)的磨損、變形和裂紋擴(kuò)展情況。結(jié)合地面點火試車驗證其性能衰減程度。所有這些數(shù)據(jù)被輸入到壽命預(yù)測模型中,以判斷發(fā)動機(jī)是否準(zhǔn)備好下一次任務(wù),或需要進(jìn)行何種程度的維修。
SpaceX的火箭回收技術(shù)成熟之前,獵鷹九號就經(jīng)歷了8次明確失敗,直至2015年12月第9次嘗試,才實現(xiàn)陸上回收突破。
與SpaceX類似,朱雀三號同樣采用的是“不銹鋼箭體+液氧甲烷”方案。此路線在可重復(fù)使用性和成本上潛力巨大。不銹鋼成本低、耐高溫、易維修;液氧甲烷燃料清潔、廉價、幾乎不產(chǎn)生積碳,能大幅降低發(fā)動機(jī)維護(hù)成本和時間。
馬斯克曾對朱雀三號的技術(shù)路線給予肯定,但在發(fā)展階段上清醒地劃出了界限。他認(rèn)為朱雀三號有潛力超越SpaceX目前的功勛火箭“獵鷹9號”,但在時間上還需等待5年。
商業(yè)航天規(guī)模化,一個目標(biāo)兩手準(zhǔn)備
當(dāng)可回收火箭技術(shù)仍面臨諸多挑戰(zhàn)時,商業(yè)航天公司除了要注重這一單點技術(shù)突破外,仍需要考慮當(dāng)前中國衛(wèi)星組網(wǎng)的迫切需求。
據(jù)機(jī)構(gòu)測算,在同層與跨層星間最小安全距離均為50千米的情況下,最多只有35個軌道殼層,總計可容納17.5萬顆衛(wèi)星。按照其他一些考慮到頻譜分配的算法,則最多只能容納6萬顆衛(wèi)星。
由于軌道和頻率均是不可再生且高度稀缺的公共自然資源,國際電信聯(lián)盟(ITU)制定了“先占先得”的規(guī)則,先申報頻率并按時發(fā)射衛(wèi)星,才能鎖定頻率使用權(quán)和軌道位置,否則逾期將被回收。
同時,國際電信聯(lián)盟還規(guī)定,運營商須在申報7年內(nèi)發(fā)射首顆衛(wèi)星,9年內(nèi)發(fā)射星座總數(shù)量的10%,12年內(nèi)完成50%,14年內(nèi)必須100%部署完畢。
目前,中國已申報了5.13萬顆衛(wèi)星,其中數(shù)量超過萬顆的星座計劃有三個。比如,由上海垣信衛(wèi)星主導(dǎo)的千帆星座,計劃到2030年部署超1.5萬顆低軌衛(wèi)星,軌道高度500-1145公里,提供全球?qū)拵Х?wù)。
可以說,中國當(dāng)前的衛(wèi)星發(fā)射任務(wù)可以說是時間緊、任務(wù)重。
面對國家衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)的戰(zhàn)略窗口與海量發(fā)射需求,業(yè)內(nèi)認(rèn)為,較之短期內(nèi)聚焦可復(fù)用技術(shù),通過規(guī)模化生產(chǎn)、提高火箭可靠性是當(dāng)下降低成本更務(wù)實、更具操作性的方向。
以天兵科技為例,天龍二號是天兵科技的旗下產(chǎn)品,于2023年4月成功首飛,成為中國商業(yè)航天首款成功入軌的液體運載火箭。
同時,天兵科技還構(gòu)建起了“北京研發(fā)、西安動力、鄭州試驗、蘇州/張家港制造”的產(chǎn)業(yè)鏈布局,旨在形成年產(chǎn)50發(fā)火箭和500臺發(fā)動機(jī)的批產(chǎn)能力,以規(guī)模效應(yīng)控制成本。
此外,天龍三號是天兵科技瞄準(zhǔn)未來高頻次、低成本發(fā)射需求的核心產(chǎn)品。其近地軌道運載能力達(dá)到17-22噸,性能直接對標(biāo)國際領(lǐng)先的SpaceX獵鷹9號火箭,設(shè)計目標(biāo)包括一子級可重復(fù)使用,并能實現(xiàn)“一箭36星”的組網(wǎng)發(fā)射能力。
與天兵科技不同,中科宇航則采用了“固體先行、液體跟進(jìn)、循序漸進(jìn)”的技術(shù)發(fā)展路徑。
目前,中科宇航旗下的“力箭一號”固體運載火箭,已成功完成7次發(fā)射任務(wù),將70顆衛(wèi)星精準(zhǔn)送入預(yù)定軌道,并創(chuàng)下國內(nèi)民商火箭“一箭26星”的發(fā)射紀(jì)錄,在當(dāng)前民商火箭發(fā)射服務(wù)市場中占有率位居第一。
同時,中科宇航的力箭二號,則定位為一款中型液體運載火箭,其太陽同步軌道運載能力提升至8噸,計劃在2025年第四季度首飛,首發(fā)任務(wù)將執(zhí)行中國空間站“輕舟”貨運飛船的初樣試飛船發(fā)射任務(wù)。規(guī)劃中的全回收式大型液體運載火箭“力箭二號”,旨在實現(xiàn)火箭部件的完全回收,以降低發(fā)射成本。
總的來看,在可回收火箭技術(shù)無法短期實現(xiàn)的客觀條件下,尋求階段性商業(yè)化的產(chǎn)品落地,是中國商業(yè)航天公司可以沿循的方向。畢竟,創(chuàng)業(yè)公司最終的成功,不僅依賴于技術(shù)本身的突破,更取決于企業(yè)能否精準(zhǔn)定位市場需求,構(gòu)建可持續(xù)的商業(yè)模式。(文 | 科技潛線,作者 | 饒翔宇 編輯 | 鐘毅)





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