近日，民營火箭公司藍箭航天宣布，該公司研發(fā)的“天鵲”80 噸液氧甲烷發(fā)動機成功進行發(fā)動機試車。據(jù)介紹，截至 5 月 17 日，“天鵲”發(fā)動機在一周時間內共進行了 4 次試車，其中最長試車時間為 20 秒，過程中發(fā)動機起動關機平穩(wěn)，各項性能均達到了設計要求。

此次試車成功是中國民營航天企業(yè)在這一級別的液體火箭發(fā)動機上實現(xiàn)“零的突破”，這也讓藍箭成為國內首家完成液體火箭整機試車的民營企業(yè)。藍箭航天表示，此次試車成功正式宣告中國民營企業(yè)首次掌握百噸級液體火箭發(fā)動機的全部關鍵技術。

“天鵲”的研制工作最早開始于 2017 年，目前，這款發(fā)動機還處于少量生產的階段，藍箭計劃在下半年開始在其位于湖州的工廠進行批量生產。未來，將基于此款發(fā)動機完成“朱雀二號”運載火箭研制。

“天鵲”發(fā)動機的技術負責人祖誠告訴 DeepTech，在這階段試車結束后，將對發(fā)動機進行拆分檢查，接下來還要開展發(fā)動機的全程試車、邊界條件試車、搖擺試車等工作，最終累計無故障試車時間要超過 1.5 萬秒，讓發(fā)動機的可靠性指標滿足火箭總體的需求。

藍箭計劃在 2020 年上半年完成上述的試車工作，并在 2020 年下半年完成“朱雀二號”液體火箭的首次飛行。據(jù)了解，“朱雀二號”的一級火箭將搭載 4 臺“天鵲”發(fā)動機，低軌運載能力在 4-5 噸之間，未來主要面向低軌衛(wèi)星發(fā)射需求。

液氧甲烷推進劑的經濟優(yōu)勢

“天鵲”液氧甲烷發(fā)動機是藍箭在液體火箭發(fā)動機上的第一款產品。

在此之前，液氧甲烷發(fā)動機在國內還沒有公開明確的型號產品。在中國航天的歷史上，液氧甲烷發(fā)動機早在 20 世紀 60 年代就被提出，后來也被驗證為一條可行的技術路線，但在多種因素影響下，液氧甲烷發(fā)動機一直未能作為一個正式型號登上中國航天的舞臺。

液氧甲烷推進劑的優(yōu)勢在于，液態(tài)甲烷具備成本低、較易貯存、無毒無污染、維護方便的特點。而作為低溫推進劑的液態(tài)甲烷，其黏度低(為煤油的 1/3)、結焦和積碳現(xiàn)象少等優(yōu)點明顯。

如果僅從應用層面來說，液氧甲烷密度較小、飽和蒸汽壓高，這就導致了密度比沖偏小且燃料泵的抗汽蝕性能不易保證等固有缺點。但對于按照商業(yè)化思路來經營的民營公司來說，最重視的還是性價比，這個時候，甲烷的優(yōu)勢就體現(xiàn)出來了。

更重要的是，不易結焦的特性使得以液氧甲烷為燃料的發(fā)動機同樣具有優(yōu)秀的重復使用潛力，可以保證發(fā)動機具備幾十次甚至上百次的使用壽命。因此，出于對推進能力、成本、復用性等方面的綜合考慮，液氧甲烷成為多數(shù)民營火箭公司在研制液體運載火箭時的常見選擇。

SpaceX 正在研發(fā)的新一代發(fā)動機猛禽、藍色起源的 BE-4 發(fā)動機在推進劑上都選擇了液氧甲烷，兩款發(fā)動機均已進行了完整發(fā)動機全系統(tǒng)試車，推力均在 200 噸以上。而“天鵲”則僅次于二者，成為世界第三型大推力液氧甲烷發(fā)動機。

圖|“天鵲”發(fā)動機(來源：藍箭航天)

此外，藍箭航天 CEO 張昌武在采訪中表示，民營企業(yè)在固體火箭發(fā)射市場將會變得非常艱難。

在他看來，固體運載火箭作為一個獨立運輸系統(tǒng)，當直徑達到 3 米之后，火箭在經濟性和技術指標上就會達到一個臨界點，如果將其繼續(xù)做大，固體火箭的性價比將會大幅下降。

直徑低于 3 米、運力低于 1 噸的固體火箭在發(fā)射市場中有自己的獨特優(yōu)勢，但對于民營火箭企業(yè)來說在這一細分市場面臨著巨大的競爭壓力。”中國航天現(xiàn)有的很多成熟固體火箭型號都在可靠性，成本上具備極大優(yōu)勢，民企涉足這一領域需要有更多獨特賣點。“張昌武說道。

因此藍箭認為，對民營火箭公司來說，只有中型以上的液體火箭才能在商業(yè)發(fā)射市場生存并盈利。

盡管如此，藍箭在固體火箭方面也有過嘗試，2018 年 10 月，藍箭發(fā)射了“朱雀一號”運載火箭作為入軌發(fā)射的首次嘗試，但最終未實現(xiàn)入軌，“朱雀一號”便是一枚固體運載火箭。

對此，張昌武表示，強調液體火箭市場也不代表完全放棄固體火箭，藍箭已經具備了完整的固體火箭的保障能力，未來將會與合作伙伴聯(lián)合推動固體火箭型號的后續(xù)任務，更多輸出火箭的設計能力，但不承擔后續(xù)的生產和總裝環(huán)節(jié)。

逐步實現(xiàn)發(fā)動機重復使用

可重復使用火箭已經被廣泛認為是能夠大幅降低發(fā)射成本的技術路線，在藍箭的未來發(fā)展目標中，可重復使用是一個重要目標，但這是需要分階段實現(xiàn)的。

張昌武在采訪中坦言，中國民營火箭企業(yè)在可回收火箭領域的技術積累還是比較薄弱的，尤其是和美國相比，在他看來，中國的火箭整體回收在 5 年內是難以實現(xiàn)的。而這還只是一個比較保守的判斷，不排除未來 7、8 年也未能改變這個現(xiàn)狀。

藍箭表示，“朱雀二號”的一型火箭將是一個不可重復使用的火箭。對藍箭來說，短期目標是先實現(xiàn)不可重復火箭的穩(wěn)定飛行，在這個過程中將火箭的設計、工藝以及總裝測試等整個配套先穩(wěn)固下來，再繼續(xù)完成可重復使用的目標。

雖然重復發(fā)射不是藍箭的短期目標，但“天鵲”發(fā)動機在設計層面已經考慮到了發(fā)動機在可重復使用方面的技術需求。

張昌武告訴 DeepTech，目前這款發(fā)動機具備了多次啟動，以及在推進過程中的可變推力的指標上是可行的，但這也僅僅是硬件層面的一個基礎能力。可重復，未來還需要在制導/導航與控制技術上有重大的突破，以及在重復的飛行中驗證火箭的可靠性，才能最終在市場上真正提供可重復火箭發(fā)射服務。因此這是一個需要一步一步實現(xiàn)的過程。

如果一切順利，藍箭計劃約在 2023 年開始驗證火箭的可重復使用能力，先對一級火箭進行回收，再最終實現(xiàn)全箭回收。

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