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  2. 用不銹鋼造火箭!我國首款不銹鋼火箭朱雀三號發(fā)布,預(yù)計2025年具備首飛能力
    2023-12-18 12:00:13 作者:腐蝕與防護 來源:科技日報 分享至:

     

     

    近日,中國民營航天企業(yè)藍箭航天空間科技股份有限公司(以下簡稱“藍箭航天”)發(fā)布了朱雀三號可重復(fù)使用液氧甲烷運載火箭,這是我國首款不銹鋼運載火箭。

     

     

    據(jù)了解,朱雀三號火箭是以液氧甲烷為燃料的可重復(fù)使用運載火箭,其未來火箭一子級可重復(fù)使用次數(shù)可達20次,可以將發(fā)射成本降低一個數(shù)量級,預(yù)計將于2025年具備首飛能力。

    據(jù)藍箭航天創(chuàng)始人兼董事長張昌武介紹,朱雀三號箭體直徑4.5米,整流罩直徑5.2米,全箭總長76.6米,起飛重量約660噸,起飛推力約900噸。火箭動力系統(tǒng)全部采用藍箭航天自主研制的天鵲系列液氧甲烷發(fā)動機。其中,一子級配置9臺海平面推力1000千牛的天鵲12B發(fā)動機,二子級配置1臺真空推力1183千牛的天鵲15B真空型發(fā)動機。

    張昌武透露,考慮到重復(fù)使用,朱雀三號整箭配備了4組可展收式柵格舵作為氣動操縱面,用于一子級氣動減速段的姿態(tài)調(diào)整與落點控制;尾部安裝著陸腿,用于實現(xiàn)一子級垂直著陸回收。該一子級設(shè)計復(fù)用次數(shù)不少于20次,一次性任務(wù)低軌運載能力可達21.3噸,航區(qū)回收任務(wù)為18.3噸。
    此外,朱雀三號是我國首款不銹鋼液體運載火箭,其貯箱結(jié)構(gòu)采用高強度不銹鋼材料,在材料選型、結(jié)構(gòu)形式、焊接工藝與生產(chǎn)設(shè)備方面均具有高度原創(chuàng)性。不銹鋼箭體結(jié)構(gòu)可以大幅降低火箭的制造成本,縮短生產(chǎn)周期,耐高溫的性能在火箭多次返回、重復(fù)使用上具備明顯優(yōu)勢。基于液氧甲烷成本低廉,甲烷發(fā)動機不積碳、易維護的特質(zhì)和可全生命周期監(jiān)測的屬性,朱雀三號火箭一級發(fā)動機在火箭回收后可不下箭檢查,加注完成即可再次飛行,實現(xiàn)航班化運營,發(fā)射成本相較一次性火箭可降低80%至90%。

    據(jù)悉,朱雀三號火箭具備一箭多星、平板堆疊衛(wèi)星群打的能力,可覆蓋市場上絕大部分載荷的近地軌道、太陽同步軌道、地球同步轉(zhuǎn)移軌道等發(fā)射需求,投入商業(yè)化運營后將大大提升衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)星座的組網(wǎng)效率。

     

     

    用不銹鋼造火箭,不僅僅是馬斯克

     

     

    火箭箭體是你手里的保溫杯、你家高壓鍋的不銹鋼造的,燒的“油”是你家熱水器每天在燒的甲烷,同時還能回收重復(fù)使用……這種火箭,你的第一反應(yīng)是不是馬斯克的“星艦”?你的判斷沒錯。不過,有一款來自中國的新火箭也點亮了同樣的“科技樹”,它就是朱雀三號。

    仔細(xì)看藍箭公布的朱雀三號參數(shù),能看出不少門道——它對標(biāo)的是當(dāng)前全世界發(fā)射頻率最高的火箭——美國SpaceX公司的獵鷹9號。不可否認(rèn),獵鷹9號是目前唯一大規(guī)模商用的可復(fù)用火箭,創(chuàng)造了大量紀(jì)錄,用得最多的一子級,已經(jīng)重復(fù)使用了接近20次。然而,獵鷹9號的液氧煤油推進劑,其實并不太適合重復(fù)使用。

    專家介紹,馬斯克為獵鷹9號選擇了“灰背隼”發(fā)動機,主要看中了它技術(shù)成熟、可靠性好、推力大,但煤油有個天生的缺陷,就是燃燒后容易燒結(jié)、積碳,回收后要清理很麻煩,而且很難完全洗干凈。“迄今為止,我們都很難說,重復(fù)使用以煤油為動力的獵鷹9號,到底能省多少錢。”

    而甲烷燃燒后幾乎沒有結(jié)焦,維護起來比煤油發(fā)動機容易很多,省錢又省人工,還省時間。“成本低、效率高、環(huán)保性強,都是液氧甲烷燃料的優(yōu)點。”從這個角度看,朱雀三號的理論性價比上限要比獵鷹9號更高。

    除此之外,朱雀三號的官宣文字中,“采用S301系列不銹鋼制造火箭貯箱”讓人眼前一亮。這也就意味著,藍箭要和馬斯克一樣,用不銹鋼來造火箭了。

    專家說,不銹鋼最大的缺點就一個字:重。但優(yōu)點很多,強度高、耐高溫低溫、耐腐蝕,而且極其便宜。SpaceX官網(wǎng)數(shù)據(jù)顯示,“星艦”飛船再入大氣層時,20%的表面暴露在1470℃高溫下,還有20%最高溫超過1300℃,其余最高溫低于1176℃。而不銹鋼的熔點在1398~1454℃,比目前任何主流箭體材料都要耐高溫。大家都知道,太空里更多的是極寒環(huán)境。神奇的是,不銹鋼在低溫下強度還會提高50%。我們在之前的引力播中曾介紹過,4月20日“星艦”首飛雖然失敗,但它在天上翻滾了好久才解體,不銹鋼箭體的強度可見一斑。

    然后它還有一大優(yōu)點就是廉價,我們?nèi)粘I钪校S處可見不銹鋼的身影,大家家里的高壓鍋、保溫杯、櫥柜等,常常會用到這種材料。

    不過由于不銹鋼重,所以想用它造火箭,首先發(fā)動機必須足夠優(yōu)秀。而且用不銹鋼造箭體其實技術(shù)含量很高。以“星艦”為例,它的直徑達9米,但不銹鋼殼體做得非常薄,厚度不到4毫米,又大又薄又耐壓,背后的材料技術(shù)和加工水平都非常高。

    由此可見,藍箭航天要挑戰(zhàn)的“不銹鋼朱雀”,還有不少要克服的困難。不過朱雀二號已成功升空,這無疑為“升級版朱雀”的研發(fā)注入了一劑強心針。

    朱雀二號是我國首型以液氧甲烷為推進劑的中型液體火箭,由藍箭航天自主研制。發(fā)動機以液氧甲烷作為推進劑,是朱雀二號最大的特點之一。液氧甲烷,通俗地說,就是液態(tài)的氧氣和天然氣。就像我們剛剛提到的,這種燃料在地球上資源豐富,成本低廉;燃燒效率高,有利于提升運載能力;同時,燃燒后的產(chǎn)物是水和二氧化碳,相對比較綠色環(huán)保,有利于火箭重復(fù)使用。

    12月9日,朱雀二號遙三火箭將三顆試驗衛(wèi)星成功送上了460公里太陽同步軌道。在這之前,朱雀二號已經(jīng)進行過兩次發(fā)射。去年年底,朱雀二號遙一火箭發(fā)射,因為二級游機異常關(guān)機故障遺憾未能入軌。之后,技術(shù)團隊對問題進行了分析與改進,今年7月,朱雀二號遙二火箭發(fā)射升空,任務(wù)取得成功,它也成為了全球第一枚成功入軌的液氧甲烷火箭。

    兩次飛行實測數(shù)據(jù),驗證了朱雀二號全箭各個系統(tǒng)設(shè)計的正確性和工作穩(wěn)定性,也為朱雀三號的設(shè)計研發(fā)奠定了基礎(chǔ)。讓我們一起期待更多好消息吧!

     

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