美國人哭了,中國人笑了!甲烷火箭搶先星艦一步,贏得世界第一

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原標題:美國人哭了,中國人笑了!甲烷火箭搶先星艦一步,贏得世界第一

對比太強烈!美國星艦剛進大氣層就炸掉,馬斯克一天蒸發126億美元,反觀中國“朱雀二號”,冒著藍火一飛沖天,搶先拿到世界第一。

前言:若是非要將新能源汽車的發展,分為上半場電動化、下半場智能化,那中國商業航天自然也可以,此前央視官宣的“朱雀二號”大型液體火箭便是重要分水嶺。事實上,近幾年來包括藍箭、星際榮耀、中科宇航、天兵科技在內的這些中國頭部火箭公司,無一不在嘗試研發液體火箭和中大型火箭,那么,如今我國已經在該領域取得了哪些成就?本文將圍繞中美液體火箭發展展開敘述,分析此次“朱雀二號”的發射對中國來說意味著什么,同時與美國同類火箭進行對比。

(圖解:我國民營企業研發的雙曲線一號遙一運載火箭發射成功)

1、中國官宣!整個場館都沸騰了

美國一顆3-5公斤重的航天衛星,在2015年時分辨率就已經能達到3-5米,這樣的事情給了我國航天科研人員很大觸動,天儀航天院CTO任維佳認為,盡管中國已經在航天領域獲得一定成就,但商業航天也有著無窮潛力,有必要在這條路上走一走。

2019年的時候,雙曲線一號遙一運載火箭成功入軌發射,負責研發該火箭的星際榮耀公司,就此成為中國第一家民營航天企業。2021年,零壹空間的“重慶兩江之星”新型智能亞軌道火箭,全程以直播方式完成入軌發射,該公司創始人舒暢表示,自己的目標一直未改變,即做低軌道微小衛星組網增量市場,也就是研制中小型火箭,畢竟火箭才是上太空的唯一入口,只有如此,火箭發射才能夠完成商業閉環。

其實,不管是天儀航天院還是零壹空間,其作為中國第一批商業航天企業,都為之后中國商業航天發展做出巨大貢獻。

(圖解:朱雀二號運載火箭是中國首型液氧甲烷運載火箭)

其中,藍箭航天空間科技股份有限公司,用一次低調的發射,完成了一項了不起的任務

環球網報道稱,藍箭航天自主研制的朱雀二號遙二液氧甲烷運載火箭成功在酒泉衛星發射中心完成發射,并進入預定軌道,一時間,整個場館都沸騰了,所有現場工作人員熱淚盈眶,周邊觀眾興奮地歡呼鼓掌。

其實,這并非朱雀二號遙一第一次發射,早從去年12月開始,該火箭就嘗試升空,但最終因為發動機二級管路異常未能成功,時隔半年以后,朱雀二號遙一火箭終于一飛沖天順利入軌。至此,朱雀二號遙一成為世界上第一款實現入軌飛行的液氧甲烷運載火箭。

而這還并不是讓國人激動到熱淚盈眶的關鍵原因,要知道,美國在此之前就已經展現出強大的航天研發實力,如SpaceX的星艦、藍色起源的新格倫、波音洛馬合資公司的火神半人馬、火箭實驗室的中子號等,其無一不在探究此類火箭研發技術,因此,在大部分人看來,“朱雀二號”完全是從一堆美國甲烷火箭“圍追堵截”中入軌升空的,如此一來,更顯得“世界第一”稱號意義重大。而且,實現液氧甲烷火箭發射一事,還表明中國已經獲得可重復使用火箭的門檻“鑰匙”,有能力再向前一步發展。

(圖解:快舟火箭采用國際首創的星艦一體化技術,屬于固體火箭)

2、核心技術領先美國,優勢明顯

簡單來說,中國企業成功發射液氧甲烷運載火箭,最大的意義就在于重復使用價值。

在介紹重復使用價值之前,我們先來了解幾個名詞,第一個便是“液氧甲烷”,通常情況下,我們會根據發動機使用燃料的不同,而將火箭分為液體火箭和固體火箭,固體火箭很好理解,即采用固體推進劑的火箭,其相比于液體火箭來說,結構簡單、價格便宜,只是無法停止和調節推力,所以發射、著陸時有著復雜流程,像我國航天科工集團研發的快舟火箭便屬于固體火箭。液體火箭則是使用液體推進劑的火箭,所謂液氧甲烷,就是航天常用的液體推進劑之一,此外,同類推進劑還有四氧化二氮、液氧煤油、液氧液氫等。

(圖解:液氧甲烷發動機具有無毒環保、高可靠、高性能、低成本、可重復使用等特點)

相比起來,液氧甲烷這種燃料,幾乎融合了以上提及燃料的各種優勢:

首先,液氧甲烷發動機比沖高。比沖這一概念是人們衡量火箭發動機效率的關鍵參數,比沖越高,就說明發動機效率越高,由于使用液氧甲烷推進劑的發動機比沖要高于液氧煤油等發動機,因此前者的工作效率更具優勢。

其次,液氧甲烷發動機無結焦和積碳問題。通常情況下,發動機在工作時溫度會急速上升,燃油中的不飽和烯烴和膠質會因此產生焦著狀物質,此外,火花機在放電過程中,也會釋放大量熱能,使得工件表面熔化、氣化,從而產生放電渣,隨后,放電渣會隨著工作液流動,在工件表面形成大量凸點,重則很可能影響到精密模具加工。因此,事后工作人員必須對其進行保養和維護,相比起來,液氧甲烷發動機就沒有此種煩惱,自然而然也就能縮短維護時間,提高火箭回收再利用效率,最重要的是,這將為之后我國發展可重復使用火箭奠定重要基礎

最后,原材料易獲取、成本低、便于存儲。液氧甲烷的主要原材料是甲烷,甲烷作為天然氣的一大成分,不僅成本低還很好獲得。另外,液氧與甲烷沸點接近,存儲起來沒有太大技術難度。

(圖解:朱雀二號遙二運載火箭成功發射,其起飛重量219噸,起飛推力268噸)

總結來說,采用了液氧甲烷推進劑的發動機,將具備極高的性價比,經濟適用,因此,液氧甲烷已經成為各國重點關注項目,并在如今的商業航天領域備受追捧。除我國“朱雀二號”外,全球還有7款火箭使用了這一推進劑,例如星艦、新格倫、中子號等。

實際上,我國能反超美國一舉拿下世界第一,離不開長期的堅持和努力。由于科研環境不同,中美兩國在液氧甲烷發動機火箭的發展路線和理念上產生些許差異,也就是說,即使馬斯克SpaceX公司推出的液氧甲烷發動機已經足夠先進,但我們并不打算復制其道路,在此背景下,我國從上世紀80年代起,就開始積極探索液氧甲烷發動機的研究研制工作,并調動不少技術人員與相關民營企業去發展該技術。只不過,火箭助推技術是一個需要持續迭代的技術,因而要想突破并不簡單,期間不得不面臨研發條件、發射資源、資金來源等各種困難,好在,我國最終不僅突破液氧甲烷發動機這一關鍵技術,還成功反超美國,成為全球第一個將200噸級液氧甲烷火箭發射入軌的國家。

(圖解:根據直播畫面,星艦一起飛姿態就有所偏斜,這可能是造成爆炸的其中一個原因)

3、中國搶先星艦一步,美國人破防了

據悉,就在所有國人因為“朱雀二號”升空而開心大笑時,美國那一邊卻集體陷入沉默,這是因為,就在“朱雀二號”發射不久前,美國也進行了一次液氧甲烷運載火箭發射任務,結果卻以失敗告終。也就是說,倘若美國此次成功,那第一個拿下“全球第一”稱號的,就不會是我國了。如此鮮明對比,自然令美國人難受到想哭

據中國新聞網報道,美國馬斯克創立的SpaceX公司發射了號稱“史上最強火箭”的星艦,在發生之前,所有的檢查工作都顯示正常,然而,當其升空2分30秒時,火箭卻突然失控不斷在空中旋轉,而后解體爆炸。而按照原計劃的話,星艦將會飛行90分鐘。值得一提的是,當看到火箭發射失敗后,現場馬斯克的表情相當耐人尋味,眼中盡是掩飾不住的失望。至于美國媒體,其表現也和我們國內媒體形成巨大反差,紛紛在星艦發射失敗后三緘其口。

觀察者網透露,SpaceX公司為研發星艦,投入的資金之多難以想象,結果卻變成一堆煙花,再加上特斯拉與推特的問題,近乎在短短1天時間里,馬斯克資產就蒸發126億美元。按照SpaceX設想,星艦未來將是一款可重復使用的運輸系統,足以將人和物運送上地球軌道乃至月球、火星,實現太空移民計劃。為了保證推力足夠大,SpaceX甚至啟動了冷戰時期使用的“土星五號”火箭。

(圖解:美國擁有眾多火箭發射場,在發射資源上擁有巨大優勢)

《中國航天報》為此發文稱,星艦的重量、推力、運力等方面,都刷新了以往火箭紀錄,因此其首飛堪稱今年最受關注的航天發射活動,不過,就算其宣告失敗,背后所展現出來的設計理念以及對新技術運用,依舊值得我們研究和學習。

當然,不管結果是好是壞,“朱雀二號”的一飛沖天和星艦炸了的消息,依舊給美國帶去巨大壓力。

要知道,美國不僅在資金和技術能力上領先中國,連發射資源都遠遠多過我國,其中光肯尼迪航天中心,就多達幾十個發射工位,更不用說其有著范登堡空軍基地、斯坦尼斯航天中心等多個大型航天發射場了。可就是在這樣的優勢之下,美國依舊被中國反超,無疑令其難以接受,此種情況下,大量美國人徹底破防。

(圖解:朱雀二號取得成功,對藍箭以及中國航天來說都意義重大)

4、距離中國版SpaceX,還有多遠?

還有一點很關鍵,那就是這些年來中美一直在商業航天發展上較勁。就拿“朱雀二號”火箭來說,其先美國星艦一步拿下世界上第一款成功入軌的液氧甲烷運載火箭稱號。不過,客觀來講,我們在高興之余,也應當從美國身上汲取經驗,畢竟SpaceX在航天領域一枝獨秀的地位,就如同特斯拉自動駕駛功能在新能源電動車領域的地位。所以,我們需要兼容并蓄、博采眾長,只有這樣才能夠推動國產液氧甲烷火箭以及可重復使用火箭走得更遠、更久。

那么,既然液氧甲烷發動機的技術已經攻克、新型液氧甲烷運載火箭也發射成功,那距離中國版的SpaceX還有多遠?

此次發射“朱雀二號”火箭的藍箭航天創始人張昌武認為,對于商業火箭公司來說,從0走到1是相當艱難的,這期間,光有制造技術還不行,獨立自主研發能力格外關鍵,此外還需要對產品可靠性進行大量長期的驗證,當以上全部完成后,才有可能走上最終的“牌桌”。

可見,中國商業航天發展,注定是一個艱難且緩慢的過程,如今,商業火箭公司已經成0跨越到1,那接下來的99步,就需要發射場以及航天國家隊的共同努力,全力對商業航天發展提供大力支撐。

(圖解:曾墜落在廣西的火箭零件,其墜落后仍冒煙燃燒,引燃了周圍的林草)

5、下半場序幕拉開,太空旅行還遠嗎?

總的來說,若說新能源汽車的發展上半場是電動化,下半場是智能化,那商業航天發展也能分為上下半場,而“朱雀二號”的成功入軌,便是上下場的關鍵分水嶺,這意味著,以大型可重復使用液體火箭為主角的下半場商業航天發展序幕,已經正式拉開。

采用液氧甲烷推進劑的發動機成本低、性價比高,可以大大降低火箭回收到再次發射之間的成本、提高發射效率,所以,其非常適合可重復使用火箭

從安全角度分析,可重復使用火箭將可以省去火箭殘骸墜落的環節,這就意味著今后我們不用再擔憂殘骸可能造成的安全威脅。而且,此種火箭使用的新燃料安全無害,具有極高環保意義。

(圖解:2020年中國成功發射可重復使用航天器,其可以自由往返于地球表面與太空之間)

當然,可重復回收火箭最直接的好處在于降低太空探索成本。要知道,可重復使用火箭能夠極大程度上迅速穿越大氣層,實現地球與太空之間的自由往返,它可以運送航天員,也能用來運送重要貨物等物品。到時候,人類就能夠有更多機會進入太空旅行,或月球、或火星,甚至是有可能加速移民太空

此外,可重復使用火箭也可以運用到空間站和載人月球探測任務中,等新一代載人飛船研制成功后,宇航員將能夠搭載載人飛船與可重復使用火箭進入空間站。

6、中國航天,突飛猛進一路高歌

不得不說,“朱雀二號”的升空,見證了中國航空航天科技實力的不斷進步。

這些年來,中國航天技術突飛猛進一路高歌,從空間站到可重復使用火箭,從載人登月新方案到火星探測計劃,一個個成就都讓國人倍感自豪和喜悅。可想而知,未來,中國航天還將繼續大踏步向前,不斷創新、不斷發展。

結語:對于中國可重復使用的液氧甲烷運載火箭發展,大家還有什么了解的嗎?歡迎在評論區留下您的看法和故事。

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