預(yù)計(jì)在2023年7月12日，藍(lán)箭航天“朱雀二號(hào)”遙二運(yùn)載火箭將從酒泉發(fā)射場發(fā)射升空，執(zhí)行該型火箭的第2次發(fā)射。此前，“朱雀二號(hào)”遙一火箭已于2022年12月14日?qǐng)?zhí)行該型火箭的首飛工作，由于二級(jí)游機(jī)故障導(dǎo)致與成功失之交臂。重整旗鼓后，“朱雀二號(hào)”二度嘗試成功入軌，將很有機(jī)會(huì)成為世界第一型成功入軌的液氧甲烷火箭。

“朱雀二號(hào)”火箭由藍(lán)箭航天空間科技股份有限公司研制，為中型二級(jí)低溫液體運(yùn)載火箭，主動(dòng)力全部采用液氧甲烷推進(jìn)劑。該箭全長49.5米，起飛質(zhì)量219噸，起飛推力268噸，推重比1.22，其200千米近地軌道（LEO）運(yùn)力達(dá)到6噸，運(yùn)載系數(shù)2.74%，500千米太陽同步軌道（SSO）運(yùn)力達(dá)到4噸，運(yùn)載系數(shù)1.83%。

“朱雀二號(hào)”不僅是我國第一型液氧甲烷運(yùn)載火箭，也是我國第一型全低溫液體運(yùn)載火箭。在我國在用新一代運(yùn)載火箭當(dāng)中，除了“長征十一號(hào)”是固體運(yùn)載火箭，其余都是低溫液體運(yùn)載火箭，但由于均采用了液氧煤油推進(jìn)劑，煤油是常溫燃燒劑，所以這些火箭并不是全低溫液體運(yùn)載火箭。目前，運(yùn)載火箭主流低溫推進(jìn)劑包括液氧煤油、液氫液氧、液氧液態(tài)甲烷等3組雙組元推進(jìn)劑，其中液氫液氧、液氧甲烷均為全低溫推進(jìn)劑，而液氧甲烷則是最符合發(fā)展趨勢的雙組元推進(jìn)劑。

在使用低溫推進(jìn)劑的低溫液體火箭當(dāng)中，液氧甲烷火箭具有推進(jìn)劑成本低、發(fā)動(dòng)機(jī)比沖適中、適合回收復(fù)用、適合采用共底貯箱等特點(diǎn)，其中推進(jìn)劑成本低、適合回收復(fù)用構(gòu)成了這類火箭的關(guān)鍵優(yōu)勢。

推進(jìn)劑成本極低。在目前主流低溫推進(jìn)劑當(dāng)中，液氫的生產(chǎn)成本是最高的，單位生產(chǎn)成本達(dá)到500元/千克，其次是煤油，單位生產(chǎn)成本超過10元/千克，而液態(tài)甲烷的生產(chǎn)成本僅有5元/千克。對(duì)比可知，液態(tài)甲烷的單位生產(chǎn)成本不到煤油的1/2，僅有液氫的1/100。（注：液氫、煤油、液態(tài)甲烷單位生產(chǎn)成本為我國2019年及以前的數(shù)據(jù)，同時(shí)相關(guān)成本因國別（地區(qū)）差異明顯）。

更利于回收復(fù)用?，F(xiàn)役唯一實(shí)現(xiàn)回收復(fù)用的火箭是太空探索技術(shù)集團(tuán)公司（SpaceX）的“獵鷹九號(hào)”和“重型獵鷹”組成的“獵鷹”系列運(yùn)載火箭，已實(shí)現(xiàn)芯一級(jí)、助推器、整流罩的多次回收復(fù)用?！矮C鷹”系列火箭使用的是液氧煤油推進(jìn)劑，發(fā)動(dòng)機(jī)存在明顯的結(jié)焦和積炭的問題，不利于多次回收復(fù)用。而如果將推進(jìn)劑換成液氧甲烷，問題就會(huì)迎刃而解，回收復(fù)用的維護(hù)成本較低。

甲烷是單碳原子的低密度碳?xì)浠衔?，兼具氫和煤油的部分?yōu)點(diǎn)，比熱高、黏度小、結(jié)焦極限溫度高（978度），基本無結(jié)焦和積碳的問題，是目前僅次于液氫的再生冷卻劑或膨脹循環(huán)冷卻劑。正是看中液態(tài)甲烷相對(duì)于煤油的優(yōu)勢，太空探索公司的下一代運(yùn)載火箭“星艦”才選擇了液氧甲烷推進(jìn)劑，與此同時(shí)，聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟公司的“火神”火箭、藍(lán)色起源公司的“新格林”火箭、相對(duì)論公司的“人族-R”等運(yùn)載火箭的主動(dòng)力均選擇了液氧甲烷發(fā)動(dòng)機(jī)，液氧甲烷發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)成為下一代運(yùn)載火箭的主流動(dòng)力。

而在中國，除了“朱雀二號(hào)”，星際榮耀公司的“雙曲線二號(hào)”和“雙曲線三號(hào)”主動(dòng)力全部采用液氧甲烷發(fā)動(dòng)機(jī)，重型火箭“長征九號(hào)”已經(jīng)在論證使用液氧甲烷發(fā)動(dòng)機(jī)作為主動(dòng)力，這表明，隨著航天技術(shù)的進(jìn)步和航天發(fā)射需求的擴(kuò)大，液氧甲烷發(fā)動(dòng)機(jī)正在成為國內(nèi)外化學(xué)火箭的最佳動(dòng)力選擇。

在世界現(xiàn)役運(yùn)載火箭當(dāng)中，“德爾塔4”重型運(yùn)載火箭是目前唯一的全低溫液體運(yùn)載火箭，擁有運(yùn)力強(qiáng)、效率高的優(yōu)勢，但也有成本高的劣勢。相較而言，液氧甲烷火箭雖然發(fā)動(dòng)機(jī)比沖有明顯差距，但是通過采用共底貯箱等優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)依然可以保持較高的運(yùn)載效率，更重要的是成本實(shí)現(xiàn)了驟降，更適合人類大規(guī)模進(jìn)出太空。

“朱雀二號(hào)”即將到來的發(fā)射是人類液氧甲烷火箭第3次入軌嘗試（星艦首飛為亞軌道飛行），一旦成功將標(biāo)志著世界航天成功邁入新階段，符合未來發(fā)展趨勢的液氧甲烷火箭正式登上世界航天舞臺(tái)。

作者：大白高國