全球首枚液氧甲烷運(yùn)載火箭今天成功發(fā)射入軌，這一成就由中國(guó)民營(yíng)火箭公司藍(lán)箭航天達(dá)成。

2023年7月12日9時(shí)，藍(lán)箭航天自主研制的朱雀二號(hào)遙二液氧甲烷運(yùn)載火箭在我國(guó)酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空，隨后火箭進(jìn)入預(yù)定軌道飛行，試驗(yàn)任務(wù)取得圓滿成功。朱雀二號(hào)的成功，是中國(guó)商業(yè)航天又一里程碑事件，也標(biāo)志著中國(guó)運(yùn)載火箭在新型低成本液體推進(jìn)劑應(yīng)用方面取得重大突破。 朱雀二號(hào)遙二運(yùn)載火箭全箭高度 49.5 米，箭體直徑 3.35 米，起飛重量 219 噸，起飛推力 268 噸，為兩級(jí)構(gòu)型?；鸺患?jí)采用 4 臺(tái)天鵲 80 噸級(jí)液氧甲烷發(fā)動(dòng)機(jī)并聯(lián)，二級(jí)采用1臺(tái)天鵲80噸級(jí)液氧甲烷發(fā)動(dòng)機(jī)和1臺(tái)天鵲10噸級(jí)游動(dòng)液氧甲烷發(fā)動(dòng)機(jī)組合而成。 這個(gè)運(yùn)力規(guī)?；旧虾秃教靽?guó)家隊(duì)的長(zhǎng)征二號(hào)丁甚至長(zhǎng)征四號(hào)丙運(yùn)載火箭相當(dāng)，而采用液氧甲烷作為推進(jìn)劑，能大幅降低火箭成本，且燃燒后的產(chǎn)物是二氧化碳和水，綠色環(huán)保。 這次任務(wù)的成功驗(yàn)證了朱雀二號(hào)火箭各系統(tǒng)方案，讓藍(lán)箭航天邁過(guò)了入軌的技術(shù)門檻，朱雀二號(hào)火箭即將開啟批量化發(fā)射進(jìn)程，為下階段的可復(fù)用火箭研制打下基礎(chǔ)。藍(lán)箭航天CEO張昌武表示，藍(lán)箭航天將繼續(xù)以朱雀系列運(yùn)載火箭為核心產(chǎn)品，為市場(chǎng)提供低成本、高性能、大運(yùn)力的火箭發(fā)射服務(wù)。

遲來(lái)的“第一”

2015年，我國(guó)出臺(tái)了《國(guó)家民用空間基礎(chǔ)設(shè)施中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃（2015-2025年）》，這份文件被普遍認(rèn)為是中國(guó)商業(yè)航天萌芽的起點(diǎn)，和很多國(guó)內(nèi)知名商業(yè)航天公司一樣，藍(lán)箭航天也是在中國(guó)商業(yè)航天元年——2015年正式成立。此后藍(lán)箭航天奪得了商業(yè)航天領(lǐng)域的多個(gè)“第一”。 2016年12月，藍(lán)箭航天與丹麥GomSpace衛(wèi)星公司簽署了發(fā)射服務(wù)合同，這是國(guó)內(nèi)民營(yíng)商業(yè)航天企業(yè)簽署的第一個(gè)向國(guó)際市場(chǎng)提供商業(yè)火箭發(fā)射服務(wù)的合同。 2018年10月，藍(lán)箭航天的小型固體火箭朱雀一號(hào)，成為國(guó)內(nèi)第一個(gè)發(fā)射民營(yíng)運(yùn)載火箭的航天公司，遺憾這枚火箭未能入軌。之后藍(lán)箭航天不再執(zhí)著于做小型固體火箭的集成開發(fā)，而是轉(zhuǎn)攻液氧甲烷火箭的獨(dú)立自主研發(fā)。 2019年5月，藍(lán)箭航天自主研發(fā)的國(guó)內(nèi)首臺(tái)80噸液氧甲烷發(fā)動(dòng)機(jī)20秒試車圓滿成功，成為繼美國(guó)SpaceX的猛禽發(fā)動(dòng)機(jī)、藍(lán)色起源的BE-4發(fā)動(dòng)機(jī)之后，世界第三臺(tái)完成全系統(tǒng)試車考核的大推力液氧甲烷火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，也標(biāo)志著國(guó)內(nèi)大推力液氧甲烷發(fā)動(dòng)機(jī)“零的突破”。 盡管在技術(shù)上拿到多個(gè)”第一“，并在資本市場(chǎng)上表現(xiàn)不錯(cuò)，但相比行業(yè)里星際榮耀拿下首個(gè)成功入軌的民營(yíng)固定運(yùn)載火箭、星河動(dòng)力五次發(fā)射全部成功、天兵一號(hào)拿下國(guó)內(nèi)首個(gè)民營(yíng)液體運(yùn)載火箭的戰(zhàn)績(jī)，藍(lán)箭航天很長(zhǎng)時(shí)間里似乎一直缺少一次真正意義上”全勝“的戰(zhàn)績(jī)。 于是2022年12月，藍(lán)箭航天自主研制的朱雀二號(hào)火箭在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心進(jìn)行首次發(fā)射，試圖成為全世界第一發(fā)成功入軌的液氧甲烷火箭。然而由于二級(jí)游機(jī)異常關(guān)機(jī)故障而遺憾任務(wù)失利。 就在人們以為藍(lán)箭要遺憾錯(cuò)失液氧甲烷火箭全球競(jìng)賽的第一時(shí)，大洋彼岸的競(jìng)爭(zhēng)者們也都進(jìn)展不順，2023年4月SpaceX的星艦首飛失利；聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟 (ULA) 開發(fā)的采用BE-4發(fā)動(dòng)機(jī)的火神（Vulcan）火箭發(fā)射時(shí)間推遲。一輪PK下來(lái)，又該藍(lán)箭航天出場(chǎng)。 朱雀二號(hào)首飛失利后，藍(lán)箭航天成立專項(xiàng)工作組迅速查明故障原因和故障機(jī)理，并針對(duì)故障采取多項(xiàng)改進(jìn)措施，于 2023年3月18日順利通過(guò)故障歸零專家評(píng)審。并在今天迎來(lái)首飛失利后的復(fù)飛。最終這個(gè)”第一“姍姍來(lái)遲，卻也不負(fù)眾望。 朱雀二號(hào)遙二火箭的成功入軌，讓中國(guó)民營(yíng)火箭公司在全球航天歷史上獲得了一項(xiàng)”第一“的戰(zhàn)績(jī)，這不僅讓藍(lán)箭航天終于實(shí)現(xiàn)了技術(shù)上從0到1的突破，也為國(guó)內(nèi)商業(yè)航天提振了信心。從國(guó)家隊(duì)完全主導(dǎo)的時(shí)代，到民營(yíng)企業(yè)委托體制內(nèi)院所研制做集成，再到由一家民營(yíng)企業(yè)獨(dú)立正向自主開發(fā)并實(shí)現(xiàn)成功發(fā)射，這幾個(gè)刻度是不一樣的。張昌武認(rèn)為，朱雀二號(hào)火箭取得成功，意味著中國(guó)商業(yè)火箭自此進(jìn)入到2.0時(shí)代。

為什么是液氧甲烷？

除了上文提到的藍(lán)箭航天的朱雀二號(hào)火箭、SpaceX的星艦和ULA的火神火箭，國(guó)外還有相對(duì)論航天公司的TerranR火箭、藍(lán)色起源公司的新格倫號(hào)火箭、火箭實(shí)驗(yàn)室公司的Neutron火箭等均采用了液氧甲烷作為推進(jìn)劑。國(guó)內(nèi)在研和規(guī)劃的液氧甲烷火箭也不少數(shù)，比如雙曲線二號(hào)、達(dá)爾文一號(hào)等等。

為什么這么多火箭都要采用液氧甲烷作為推進(jìn)劑呢？

主要是為了面向更低成本，更高頻次重復(fù)使用的未來(lái)火箭發(fā)射需求。相比現(xiàn)在常見的火箭推進(jìn)劑，液氧甲烷在經(jīng)濟(jì)性、易得性和方便可復(fù)用上都有一定優(yōu)勢(shì)。 相比液氫-253攝氏度沸點(diǎn)，液體甲烷的沸點(diǎn)是-162攝氏度，這意味著儲(chǔ)存、運(yùn)輸液氧甲烷的條件和成本都更友好，而甲烷也就是天然氣，也被人們廣泛使用，它的制取成本也遠(yuǎn)低于液氫。相比液氧煤油，液氧甲烷還有更高的比沖。 當(dāng)前，我國(guó)新一代長(zhǎng)征系列火箭多采用液氫液氧、液氧甲烷作為推進(jìn)劑，航天國(guó)家隊(duì)圍繞液氧煤油、氫氧類的發(fā)動(dòng)機(jī)，已經(jīng)做了很多開發(fā)工作，并且產(chǎn)品都已經(jīng)非常成熟。在這樣的背景下，對(duì)于藍(lán)箭航天來(lái)說(shuō)，若在液氧甲烷火箭上能有新的突破，就能填補(bǔ)國(guó)內(nèi)航天領(lǐng)域內(nèi)的一個(gè)空白，也在市場(chǎng)里能有自己的一席之地。 張昌武表示，在開發(fā)液氧甲烷火箭的過(guò)程中，藍(lán)箭航天發(fā)現(xiàn)甲烷的好處比預(yù)先設(shè)想的還要更強(qiáng)一些，尤其是像星艦這樣的火箭都進(jìn)一步驗(yàn)證了液氧甲烷推進(jìn)劑可以應(yīng)用到可復(fù)用火箭，甚至更大規(guī)模的可復(fù)用火箭，這帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益是非常顯著的。

火箭，必須踐行長(zhǎng)期主義

商業(yè)運(yùn)載火箭，作為典型的高投入、高風(fēng)險(xiǎn)、高收益的領(lǐng)域，必須堅(jiān)持長(zhǎng)期主義，要在技術(shù)和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中生存下來(lái)必須打造核心競(jìng)爭(zhēng)力，核心競(jìng)爭(zhēng)力必須建立在擁有核心技術(shù)的基礎(chǔ)之上，而核心技術(shù)是買不來(lái)的。 到目前為止，國(guó)內(nèi)的商業(yè)火箭公司雖然發(fā)展的路徑不同，有的采用委托外部研制進(jìn)行集成開發(fā)，有的全鏈條獨(dú)立開發(fā)，但最終作為火箭公司來(lái)講，不可能一直從另外一家火箭公司或者有火箭的公司去采購(gòu)核心配套，所以最終要獨(dú)立自主開發(fā)的。 這一點(diǎn)上藍(lán)箭航天是業(yè)內(nèi)公認(rèn)的長(zhǎng)期主義者。以朱雀二號(hào)采用的液氧甲烷發(fā)動(dòng)機(jī)的研發(fā)為例，從技術(shù)上講，液氧甲烷推進(jìn)劑應(yīng)用在火箭發(fā)動(dòng)機(jī)上，必須首先解決燃燒不穩(wěn)定的問(wèn)題。這里面就需要做很多工程上適應(yīng)性的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證。在開發(fā)液氧甲烷火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的過(guò)程，要解決第一個(gè)困難是要建立比較完整的設(shè)施去提供驗(yàn)證條件，因?yàn)榛鸺埠?，發(fā)動(dòng)機(jī)也好，都需要通過(guò)大量的地面的實(shí)驗(yàn)取得產(chǎn)品的成功。過(guò)去幾年藍(lán)箭投入了很大的精力包括建設(shè)試車臺(tái)、冷試系統(tǒng)、一些模態(tài)試驗(yàn)的系統(tǒng)，都是為了液氧甲烷的這一套產(chǎn)品。 張昌武說(shuō)，液氧甲烷發(fā)動(dòng)機(jī)在國(guó)內(nèi)也是第一次開發(fā)到這個(gè)階段，所以過(guò)程中也經(jīng)歷了很多之前在國(guó)內(nèi)也都沒有碰到過(guò)類似發(fā)動(dòng)機(jī)的震動(dòng)、燃燒不充分、燃燒不穩(wěn)定的問(wèn)題，這些都是藍(lán)箭航天的寶貴財(cái)富。這些問(wèn)題的克服沒有捷徑，都是靠時(shí)間，靠多次的驗(yàn)證來(lái)走過(guò)來(lái)的，所以也幫藍(lán)箭航天筑建起來(lái)在這個(gè)領(lǐng)域的護(hù)城河。

從0到1的商業(yè)閉環(huán)，道阻且長(zhǎng)

“朱雀二號(hào)發(fā)射成功后，從明年開始，藍(lán)箭航天會(huì)面向市場(chǎng)做小批量的交付，2024年預(yù)計(jì)發(fā)射3到4發(fā)火箭，再到2025年數(shù)量翻一倍，然后連續(xù)三年每年火箭數(shù)量能夠增長(zhǎng)一倍。若以這樣的增長(zhǎng)幅度向市場(chǎng)交付，藍(lán)箭就有望成為行業(yè)里第一家通過(guò)液體火箭走完從 0 到 1 的商業(yè)火箭企業(yè)?！睆埐湔f(shuō)。 今天，藍(lán)箭已經(jīng)成為了國(guó)內(nèi)唯一的一個(gè)集設(shè)計(jì)、工藝、制造、測(cè)試、發(fā)射全部鏈條于一身戰(zhàn)略能力的商業(yè)火箭公司。對(duì)于藍(lán)箭來(lái)講，最大的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手可能是自己。 張昌武說(shuō)，我們自己要千方百計(jì)的創(chuàng)造條件，讓我們的戰(zhàn)略可以走到最后，是指走完從 0 到1，因?yàn)閷?duì)于航天行業(yè)來(lái)講，藍(lán)箭在商業(yè)火箭公司如果能夠從0到1，會(huì)再一次系統(tǒng)性地改變整個(gè)行業(yè)的格局和規(guī)則，也會(huì)進(jìn)一步地強(qiáng)化這個(gè)行業(yè)的發(fā)展道路應(yīng)該是怎么樣的。但是如果說(shuō)我們自己不能走下來(lái)，那將是非常遺憾的，對(duì)于整個(gè)行業(yè)也會(huì)是非常遺憾的，可能這種模式在很長(zhǎng)時(shí)間都不會(huì)再有人敢于或者有能力這樣去走，也許中國(guó)在很長(zhǎng)的時(shí)間都不會(huì)存在一家獨(dú)立，并且有那么大開發(fā)能力的火箭公司。 中國(guó)商業(yè)火箭立足的市場(chǎng)是個(gè)增量市場(chǎng)，這個(gè)市場(chǎng)不太涉及到國(guó)家原有的深空探測(cè)，空間探索或者空間站，主要是新增的低軌市場(chǎng)，它主要有衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的一些通信星座和遙感星座的建設(shè)等。第二就是從我們自己的運(yùn)力區(qū)間看，朱雀二號(hào)未來(lái)仍會(huì)繼續(xù)優(yōu)化運(yùn)力區(qū)間，它基本上可以實(shí)現(xiàn)一箭二十到三十星的能力?？傮w的運(yùn)力規(guī)模對(duì)標(biāo)到長(zhǎng)征系列，也是處于一個(gè)中等的運(yùn)力的規(guī)模，所以這一型火箭我們認(rèn)為在未來(lái)一直到 2028 年，是市場(chǎng)需求最大的一個(gè)運(yùn)力區(qū)間，也是相對(duì)來(lái)說(shuō)經(jīng)濟(jì)性會(huì)強(qiáng)的一個(gè)運(yùn)力區(qū)間。 張昌武說(shuō)，可復(fù)用火箭的開發(fā)周期會(huì)更長(zhǎng)，在中國(guó)可以接受你長(zhǎng)時(shí)間虧損的周期是很短的。對(duì)于我們必須有一款支撐公司進(jìn)入下一階段商業(yè)化的型號(hào)，所以朱雀二號(hào)對(duì)于公司意義非常大，雖然它不是重可重復(fù)使用的火箭，但它可以在我們拿出來(lái)可重復(fù)使用的火箭之前，讓公司活下去。 本文為神仙號(hào)科學(xué)之旅原創(chuàng)，轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明來(lái)源。