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北京時間7月12日9時左右，由藍箭航天空間科技股份有限公司（以下簡稱藍箭航天）自主研制的“朱雀二號”遙二運載火箭在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空，隨后按既定計劃完成了飛行任務，發(fā)射任務獲得圓滿成功。
任務成功后，包括央視在內，多家官媒第一時間發(fā)文慶祝。
“朱雀二號”作為一枚液氧甲烷火箭，成功在這條新賽道的競逐中，代表中國拔得頭籌!
這件事可謂意義重大，畢竟強如SpaceX，當下也只能望著星艦(Starship)的殘骸嘆氣。
事實上，中國航天這次贏得也相當驚險。
去年12月“朱雀二號”遙一火箭發(fā)射失敗后，國內普遍嘆息，以為這項桂冠又要被馬斯克摘走。
隨后的事情卻是柳暗花明。
今年4月，星艦先是遲遲不能在原定時間發(fā)射。推遲2天后，又在發(fā)射第3分鐘發(fā)動機熄火，姿態(tài)失控，然后在空中炸成了價值30億美元的煙花。
而在星艦之前，另一家美國私人火箭公司地平線發(fā)射的“人族一號”也以失敗告終。
再加上被業(yè)界吐槽為“美國國企”的聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟(ULA)表現(xiàn)出了驚人的低效，原計劃2021年首飛的“火神”火箭時至今日都沒有公布正式發(fā)射時間。
最終，這項殊榮就落到了藍箭航天頭上。
或許有人會好奇，液氧甲烷火箭是何方神圣，為什么大家都扎堆往里擠?
因為4個字——星辰大海。
這里的“星辰大海”不是宣傳物里的空洞詞匯，而是真的在星辰間遠航，是《星際迷航》《星球大戰(zhàn)》和漫威電影里構筑的科幻現(xiàn)實，而這背后可能是數(shù)十億人口、價值數(shù)百萬億美元的貨物，以百萬公里為單位移動。
這也意味著，可能會有數(shù)以百萬計的航天器散布在漫天星辰之間。這是一個難以想象的市場。
所謂液氧甲烷火箭，就是使用液氧作為氧化劑，使用甲烷作為還原劑，二者共同構成燃料，在箭體內燃燒，對外產生推力的火箭。
在液氧甲烷之前，當前常見的燃料方案還有肼類燃料、液氧煤油、液氫液氧。
肼類燃料能常溫保存，對外部沖擊不敏感，容易運輸和儲存的同時，對火箭的工程設計要求也低，是航天技術落后的國家同時滿足航天和軍事需求的首選。
不過，在航天燃料的核心指標上——比沖上，肼類燃料相當疲軟，再加之有劇毒，目前的趨勢是正在淘汰中。
主流的液氧煤油和液氫液氧方案中，液氫液氧有著碾壓性的比沖優(yōu)勢，然而液氫的超低溫(沸點-253℃)要求不僅火箭本身將高昂的成本和珍貴的重量花在燃料儲存系統(tǒng)上，連外部的燃料加注等系統(tǒng)也要精心設計和維護。
液氧煤油的優(yōu)勢在于便宜，煤油容易獲得，儲存成本低廉，如果不追求最大性能的話有著很高的性價比，只有容易積碳這么一個過去看來不太重要的缺點，因此被大量使用。
相較而言，論性能，液氧甲烷比沖比液氧煤油高一些，但遠低于液氫液氧;論成本，甲烷制備和儲存成本比液氫低得多，但是高于煤油。
總體而言，液氧甲烷過去是一種沒什么短板，但長處也不突出的燃料，盡管出現(xiàn)已經(jīng)近百年，但一直處于邊緣狀態(tài)。
然而，馬斯克的成功改變了這項技術的命運。
隨著可回收火箭帶來的發(fā)射成本、發(fā)射周期指數(shù)級下降，人們第1次意識到大規(guī)模、周期性地空間往返不再是一個遙不可及的科幻概念，而只是一個能夠解決的工程難關。
這個時候，液氧甲烷的優(yōu)勢開始凸顯。
首先，當航天不再是不計成本的科研攻關項目，經(jīng)濟性方面的考慮就要被提前，液氫液氧燃料顯然不具備大規(guī)模應用的可能;同時，液氧煤油發(fā)動機積碳的“小問題”，在重復使用的情況下變成了大問題。
甲烷還有一個最特殊優(yōu)勢——只要一顆行星上有水，有二氧化碳，那理論上就可以就地合成甲烷和氧氣，補充燃料，甚至很多行星上本來就有氣態(tài)或者液態(tài)甲烷。
這在星際飛行中是無可替代的強大優(yōu)點。
人類進入星際交通時代的前夕，液氧甲烷火箭的前景已經(jīng)是一片光明。不造液氧甲烷火箭是沒前途的，尤其是對商業(yè)火箭公司。
這也是為什么盡管“梅林”液氧煤油發(fā)動機在“獵鷹9號”上大獲成功，馬斯克依然在他2017年那份被外界稱作“人類史上最偉大計劃”的39頁火星移民PPT上，果斷選擇了液氧甲烷方案的“猛禽”發(fā)動機作為“星艦”(當時叫BFR，大型獵鷹火箭)的動力方案。
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早前貝佐斯創(chuàng)辦的、號稱SpaceX勁敵的藍色起源，也主攻液氧甲烷發(fā)動機，目前其BE-4發(fā)動機已經(jīng)拿下了ULA的“火神”火箭項目。
國外還有相對論航天公司的“人族R”火箭、藍色起源公司的“新格倫”火箭、火箭實驗室公司Rocket Lab的“中子”火箭等均為液氧甲烷運載燃料，均在未來有相應發(fā)射計劃。
值得一提的是，就在朱雀二號遙二火箭成功發(fā)射前不久，藍色起源的BE-4發(fā)動機在測試臺上測試，結果不到10秒就發(fā)生了爆炸。這更凸顯了藍箭航天成功的可貴。
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發(fā)表于 2023-7-31 10:41:17
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