別的火箭發射你可以不關注,7月12日的朱雀二號發射你最好還是關注一下,因為這是又一歷史性時刻。
朱雀二號聽名字就知道不是長征家族的,也不是中國航天科技集團的,而是民營企業藍箭航天公司,這些都不特殊,特殊的是它使用的是液氧甲烷發動機,如果它發射成功,它將會創造歷史:全球首枚發射成功的液氧甲烷火箭。
朱雀二號遙二火箭
朱雀二號采用兩級構型,箭體直徑3.35米,這個直徑是受限于公路、鐵路運輸,要翻越隧道的限制,火箭總長49.5米,起飛質量219噸,起飛推力268噸。
芯一級使用了4臺天鵲80噸液氧甲烷發動機,二級發動機使用單臺天鵲80噸液氧甲烷發動機,和天鵲10噸級游動液氧甲烷發動機。
液氧甲烷發動機,絕對是目前的熱門,但是目前還沒有一款液氧甲烷火箭發射成功。
目前來看,國內外一共有8款火箭使用液氧甲烷發動機,分別是:星艦、新格倫、火神半人馬、人族R、中子號、人族一號、Stoke Space以及中國的朱雀二號,據說長征九號也要使用液氧甲烷火箭,因為資料太少,暫時不講了。
其中星艦在4月20日,從美國得克薩斯州博卡奇卡的自建發射場點火,起飛后不久,就發現芯一級有多臺發動機工作不正常,升空2分30秒后火箭姿態失穩并開始旋轉,最終爆炸解體,發射失敗。
人族一號在2023年3月22日,第二級分離時出現“異常”未能進入軌道,發射失敗。
朱雀二號遙一火箭也在2022年12月14日,于中國酒泉衛星發射中心點火發射。
發射之后,火箭一級、二級主機飛行正常,二級游機出現異常,導致發射任務失利,沒能成為全球首枚成功發射的液氧甲烷火箭。
雖然上次失敗了,但是雖敗猶榮,因為它已經進入軌道了,就差臨門一腳,網友對它的評價仍舊很高,認為它仍然創造了歷史:“全球首枚進入軌道的甲烷動力火箭”。
首飛失利的原因,后來也找到了,二級游機異常關機的原因是:
游機氧輸送管與氧泵低壓殼體連接部位剛度不匹配,低壓殼體存在強度裕度不足,在主機關機水擊作用下氧泵低壓殼體破裂,引發游機異常關機故障。
找到原因之后,藍箭航天采取了多項改進措施,提高了結構安全系統,還進行多次仿真分析計算和地面試車考驗,驗證有效,能滿足飛行要求,所以朱雀二號決定在7月12日復飛。
液氧甲烷火箭為何成熱門?
你發現了沒,各國研發的新一代運載火箭,都改為使用液氧甲烷火箭了?
主要原因,還是它符合未來航天的需求。
過去航天常用的液體推進劑分為3種:
偏二甲肼/四氧化二氮,優點是設計簡單,常溫下容易保存,但是缺點很明顯,費用高,而且有毒,發動機出現問題后,維護人員幾乎是冒著生命危險去維護。
液氧煤油:成本低,比沖高,但缺點是容易積碳、結焦。
液氧液氫:比沖非常高,原料便宜,能滿足大推力火箭的發射需求,可問題是液氫的密度非常低,同樣一個大罐子裝不了多少液氫,而罐子越大,自重就越大,
更重要的是,液氧的沸點是-182.96 °C,凝固點是-222.65 °C,液氫的沸點是-252.78℃,凝固點是-259.19℃;想要讓兩者都保持在液態,就要把兩者溫度控制好,比如:胖五使用的發動機就是液氧液氫發動機,其中液氫溫度-253℃,液氧溫度-183℃,兩者溫差太大,要使用特殊的儲存罐。
以上這些燃料或多或少都有缺點,而它們的缺點剛好是液氧甲烷的優點。液氧甲烷無毒,來源廣,價格便宜,而且火星上都有甲烷,這意味著使用液氧甲烷火箭可以在火星上補充能量,如此一來就不必攜帶返程的甲烷,減輕了火箭發射難度。
甲烷的沸點是-161.5℃,凝固點是-182.5 ℃,它與液氧的溫差可以控制在1℃,儲存難度相比于液氧液氫而言變低了。
火箭發動機的設計一共分為4種:開式循環,閉式循環(富氧),閉式循環(富燃),全流量(分級燃燒循環)。
開式循環,就是將預燃室的廢氣直接排到外界,而為了讓預燃室的溫度沒那么高,不損傷葉片,一般會采用富燃的方式,也就是燃料多一點,氧氣少一點,這樣排到外界的廢氣里面有很多沒完全燃燒的燃料,直接排到外界很浪費,但是設計最簡單,我國朱雀二號TQ-12使用的就是開式循環,SpaceX的梅林發動機用的也是開式循環。
閉式循環(富燃):預燃室里面不是有大量還未完全燃燒的燃料嗎,直接排到外界很浪費,那就把它放到主燃燒室里繼續燃燒就行了,這就是閉式循環富燃。富燃好是好,但是如果使用液氧煤油的話,沒有富燃會積碳、結焦,很容易堵塞發動機,所以使用閉式循環富燃的方式,只能用液氧液氫,液氧甲烷等推進劑。
閉式循環(富氧):預燃室的燃料少一點,氧化劑多一點,可以解決液氧煤油積碳、結焦的問題,但是會產生高溫,需要特殊的合金才能承受如此高的溫度。
全流量分級燃燒,兩個預燃室一個富氧,一個富燃,好處是可以更充分利用燃料,但缺點是對技術要求非常高,目前也只有美國的猛禽使用了這種燃燒方式。
全球雖然有8款火箭使用了液氧甲烷當推進劑,而且也有多個火箭首飛,但目前還沒有一款液氧甲烷火箭首飛成功,曾經朱雀二號是最接近這個目標的,很可惜就差臨門一腳。
現在,朱雀二號準備復飛,這一次改進后的朱雀二號能完成它的使命嗎?能創造歷史,成為人類歷史上首枚發射成功的液氧甲烷火箭嗎?
一切都要看7月12日朱雀二號的表現了。