出品:科普中国

  作者:赵清建

  监制:光明网科普事业部

  近日,北京蓝箭空间科技有限公司(以下简称“蓝箭航天”)宣布其自主研发的中型液氧甲烷运载火箭朱雀二号已经于今年六月完成全系统设计工作,计划于2019年完成全部地面试验,2020年首飞。

  朱雀二号是一款怎样的民营火箭?

  蓝箭航天宣称,朱雀二号液体运载火箭将是中国民营商业火箭领域第一款中型火箭,对标世界民营火箭公司研发的产品,朱雀二号的运载能力将达到世界第三,全国第一。那么,朱雀二号性能究竟如何?

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  朱雀二号效果图

  朱雀二号基本型为两级液体运载火箭,直径3.35m,全长48.8m,总重216吨,起飞总推力268吨,500km高度太阳同步轨道运力2吨,200km近地轨道运力4吨,可以将两辆大型SUV轿车同时送入太空。

  以朱雀二号为基础型,经过简单组合即可形成拓展型,顶部加一级构成三级火箭朱雀二号甲,近地轨道运力6t,可执行中高轨卫星和地球同步轨道有效载荷发射任务;捆绑两个一子级构成朱雀二号乙,运力接近美国SpaceX公司的猎鹰九号,执行载人发射和货运飞船等发射任务;捆绑四个一子级构成朱雀二号丙,运力超过猎鹰9号,可执行空间站、深空探测和登月等发射任务。

  朱雀二号为何要做成中型火箭?

  目前,卫星制造、卫星应用出现了井喷式发展,但真正上天入轨的卫星仍远远跟不上地面的卫星规划及市场需求,核心原因在于运载火箭的总体运力距离卫星发射需求尚有较大距离。在SpaceX以大型火箭成功占得市场先机、Rocket
Lab、Vector等小型火箭对市场进行有效补充的同时,适合进行微纳卫星组网、中小卫星组网及补网的中型火箭拥有了明显的市场机会。

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  朱雀二号火箭发动机试车试验

  截至今年年中,我国现有的各型运载火箭,共发射278次,其中LEO运力在1.5吨到4吨的中型运载火箭发射次数最多,占比51%,国外各型运载火箭,共发射了4200余次,其中中型运载火箭共发射约2500次,占比约60%。世界各国中型运载火箭的需求量是最大的。

  中型液体运载火箭是火箭发射市场的紧缺产品,而一台环保、高性价比、大推力的火箭发动机则更是决定了运载火箭在市场中的竞争力。未来,具备中型火箭研制能力的企业才能在以中低轨卫星发射需求为主流的商业发射市场中占有一席之地。

  朱雀二号发动机推力有何玄机?

  朱雀二号液氧甲烷运载火箭两级箭体的舱段结构、贮箱前后椭球底、一二级发动机、一二级控制系统均采用同一设计状态,比传统火箭减少50%的产品种类。全箭共3台一体化单机,并集控制、测量、安控、供配电、时序控制于一体,降低全箭电气成本80%。在发射方面,朱雀二号运用的无塔架自动发射系统大幅度提升发射效率,可将发射准备时间缩短到7天,进发射场人数不超过20人。

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  朱雀二号火箭发动机效果图

  目前,俄罗斯的联盟号,美国的德尔塔2,宇宙神2,中国的长征2/3/4系列,欧洲的阿里安4,以及著名的猎鹰9,这些世界范围内发射数量最大,市场占有率最高的火箭其发动机推力,均位于60-100吨这个区间。处于这个推力区间的发动机,向下可以覆盖单发动机的小型火箭,向上可以覆盖中型火箭,大型火箭,极限可以用于类似猎鹰9的27台并联的重型火箭。商业价值最大、研制难度适中,投入产出比高。在发动机推力上,蓝箭选择了“80+10”的最优技术路线。其中80吨发动机通用于火箭一级和二级,10吨级发动机通用于二级游机和三级”。通过两型发动机的并联组合,就可以覆盖从小型、中型到大型,甚至重型的全甲烷火箭家族。

  在发动机推进剂方面,朱雀二号没有选择目前世界上液体发动机常用的液氧煤油推进剂,而是直接选择了和SpaceX、蓝色起源正在研究的下一代发动机相同的甲烷燃料。甲烷具有低成本、易获取,纯度高、比冲性能高,发动机试车后无需清洗等优点,可以重复使用20次以上,是商业火箭的理想推进剂。该发动机地面型海平面推力67吨,地面型真空推力76吨;真空型真空推力80吨。

  目前,该款发动机已完成全部设计工作,推力室、喷管、涡轮泵、阀门等核心部件已全部铺开生产。下半年将陆续进行80吨液氧甲烷火箭发动机燃气发生器试车、推力室挤压试车、燃气发生器与涡轮泵联试等试验,并于今年年底进行全系统试车。

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