今天講中國的可重複使用火箭,1月19日首次試飛成功的朱雀3號以及它幕後的神秘故事。簡單來說,這枚火箭完全對標馬斯克SpaceX公司正如日中天的獵鷹9號,但在各項指標上都稍稍超出了那麼一點點,可以說是獵鷹9號的非原廠升級版。
這枚火箭預計在2025年具備首次飛行能力,如果真的能夠成功,那麼將是中國民營企業在SpaceX公司完成人類歷史上首次運載火箭回收10年後,終於開發出了類似的競品。今天我們就來詳細比較一下朱雀3號和獵鷹9號,看看它成功的可能性有多大,究竟什麼時候能夠成功。首先要講一段大家都很熟悉的神秘往事。
很多朋友可能都還記得2018年9月沸沸揚揚的張小平離職事件,一個民營航天企業挖牆角,竟然挖到了國家隊,用百萬年薪挖走了西安航天動力研究所一名12萬年薪的底層副主任設計師張小平,這個情況有多嚴重呢?該研究所提供給勞動爭議仲裁的資料中,聲稱張小平參與了4種發動機的方案論證及研製,離職造成了極大影響,甚至可能影響中國的載人登月工程。
網友一下子炸翻了,原來載人登月的靈魂人物竟然只是一名底層設計師,年薪還只有12萬元。不過後來研究所說張小平並非靈魂人物,當時是為了讓其回來,在資料中誇大了他的作用和貢獻。那麼事情究竟是不是這樣呢?張小平的作用真的被誇大了嗎?真相可能並不是你想象的那樣,影片後面我再詳談,這裡可以明確的是,挖走張小平的,就是這次發射朱雀3號的藍箭航天。
藍箭航天成立於2015年,是中國第一家取得全部准入資質的民營運載火箭企業,主要致力於液氧甲烷中大型運載火箭研製,為市場提供火箭發射服務。既然這次發射的是3號,肯定就還有1號、2號。沒錯,朱雀1號是小型三級固體運載火箭,直徑僅1.35米,高19米,起飛重量20噸。2018年10月首次發射,搭載了一顆名叫“未來號”的微型衛星,升空402秒,飛行高度337公里,一二級都正常分離後,第三級因燃料提前耗盡,最終墜入印度洋。
朱雀2號對標獵鷹9號的1.0版,都是兩級入軌火箭,朱雀2號高49.5米,對標獵鷹9號1.0版的54.9米,直徑3.35米對3.7米,起飛重量219噸對333噸,近地軌道LEO載荷4-6噸對10噸。只是獵鷹9號使用的推進劑是煤油/液氧,朱雀2號已設計用甲烷/液氧作為推進劑。
朱雀2號使用4具天鵲-12液氧甲烷發動機,單發推力66噸,獵鷹9號1.0使用9臺梅林1C液氧煤油發動機,單發推力49噸。2022年朱雀2號首飛失敗,未能入軌,但在半年後的2023年7月就取得了圓滿成功,由於馬斯克星艦4月份第一次發射失敗,朱雀2號因而成為世界上第一,成功入軌的液氧甲烷運載火箭。緊接著在12月,朱雀2號再次發射,將3顆衛星送入軌道。
朱雀1號和2號都不是重複使用的,獵鷹9號1.0也沒有回收,但獵鷹9號1.1版在2015年底,成功實現了人類歷史上第一次火箭回收。
朱雀3號對標的是獵鷹9號Block5,各項設計和指標都稍稍高了那麼一點點,比如朱雀3號高76.6米,獵鷹9號是70米,直徑是4.5米對3.7米,9臺天鵲-12B發動機對9臺梅林1D+發動機,單臺推力100噸對84.5噸,燃料是液氧甲烷對液氧煤油,整流罩直徑都是5.2米。
朱雀3號是可重複使用設計,起飛質量660噸,對獵鷹9號的549噸,近地軌道返回著陸場回收載荷是12.5噸,海上回收18.3噸,不回收21.3噸,獵鷹9號分別是15.6噸,17.4噸和22.8噸。到這裡你可能會覺得有些奇怪了,從起飛質量、發動機推力、火箭高度和直徑等指標來看,朱雀3號都要稍大一點,液氧甲烷比衝也比液氧煤油大,為什麼最關鍵的指標,運載能力卻要稍遜一籌呢?
我估計最大的原因,就是朱雀3號和馬斯克的星艦一樣,主體結構一步到位採用不鏽鋼,比獵鷹9號的碳纖維結構要重得多,所以會犧牲一部分運力。當然,朱雀3號這些都還只是設計引數,圖紙上的,而獵鷹9號系列已經發射了300多次,回收了200多次,是有史以來大規模發射的火箭中最安全的,兩者暫時還無法相提並論,但我感覺朱雀3號未來可能會有相當好的前景,馬斯克在這點上可能有點失誤。
因為馬斯克的想法是隻發展星艦,完全沒再考慮研發和獵鷹9號差不多的液氧甲烷火箭,問題是星艦的運力是100噸,甚至可能150噸,未來不可能每次都要送這麼多東西上天吧?很多工還是需要獵鷹9號這種型號的火箭的。
現在再說回朱雀3號,1月19日,朱雀3號VTVL-1試驗箭進行了首次垂直起降測試,這枚火箭長18.3米,直徑3.35米,使用了一臺天鵲-12B發動機,起飛質量約50.3噸,火箭飛行了約60秒,高度350米後,進行了精準著陸,誤差僅2.4米,說明火箭深度調推、制導控制、著陸緩衝等都得到了成功驗證。按照藍箭航天的神速進步來看,2025年實現朱雀3號的首飛應該是沒有什麼問題的,所以我開始才說,中國可能最終會晚美國10年實現火箭的可重複使用。
那麼這其中的關鍵是什麼呢?你可能已猜到了,我估計就是張小平。雖然西安所否認他是靈魂人物,我也不知道張小平現在在藍箭航天究竟是什麼角色,但我從網上的蛛絲馬跡中發現,藍箭航天液氧甲烷天鵲火箭發動機的靈魂人物,很可能就是張小平。
首先2018年西安所對張小平個人情況的介紹中就明確說了,他擔任的是低溫推進劑發動機型號副主任設計師,從事液氧煤油高壓補燃和液氧甲烷發動機系統設計,參與了多項低溫發動機專案論證。液氧甲烷發動機系統設計,看到了沒有?這裡要劃重點。
然後我在網上找到了兩篇論文,一篇是《上海航天》2019年第6期《藍箭航天液氧甲烷發動機研製進展》,第一作者是張小平,第二篇是《中國載人航天》2023年9月《液氧甲烷發動機發展現狀》,第一作者仍然是張小平。第一篇是論證液氧甲烷是商業航天、未來可重複使用液體火箭發動機的發展方向和最佳選擇,確定藍箭航天發動機採用80噸和8噸兩種推力,第二篇則介紹了藍箭航天80噸級液氧甲烷發動機和200噸級液氧甲烷全流量補燃迴圈發動機。
邏輯是不是很簡單,事情是不是很明瞭?張小平銷聲匿跡5年,並不是被雪藏起來那麼簡單,很可能已真正成為液氧甲烷發動機,甚至可能是藍箭航天的靈魂人物。而藍箭航天的志向,顯然也不只是瞄準獵鷹9號,你看到第二篇論文的200噸級液氧甲烷全流量補燃迴圈發動機沒有?馬斯克星艦用的猛禽發動機,不正是這個級別的嗎?第一代猛禽的推力是海平面185噸,第二代是230噸,現在第三代已達到了269噸。
而中國在研製液氧甲烷發動機的至少還有4家,其中九州雲箭和星際榮耀進度和藍箭航天差不多,另外兩家宇航推進和翎客航天進度可能稍慢一點。
所以從目前的進度來看,如果馬斯克的星艦今年能夠進入軌道,驗證數十臺發動機並聯火箭可行,那麼中國在2030年前,可能也會研發出對標星艦的完全可重複使用重型運載火箭系統,畢竟藍箭航天的神速進步就擺在那兒。
下面是一個簡單的對比,獵鷹9號1.0版2010年第一次發射,2015年完成第一次著陸用了5年,朱雀1號2018年首發,朱雀3號計劃在2025年首飛,你覺得是不是有這個可能呢?再進一步,星艦從2018年開始研發到現在,差不多6年的時間可能會入軌,藍箭航天的重型火箭雖然還沒有公佈,但到2030年也該差不多了吧?
那麼中國載人登月的計劃也是在2030年左右,如果藍箭航天真的成為中國的SpaceX,有沒有可能為這個計劃做出更大的貢獻呢?那麼張小平是不是就真的成了中國載人登月的靈魂人物呢,中國的載人登月也就沒有受到影響了呢?只不過他是走了另外一條路,不在年薪12萬元的崗位上。當然,我要再次說明,我並不知道張小平的近況,只是從網上公開資料,科學合理地推測,他現在應該是在藍箭航天發揮重要的作用。
中國是從2015年開始開放民營企業搞航天的,8年了,確實取得了很大進步,已經完成了打基礎的工作,相信在下一個8年,會結出豐碩的果實,中國的全可重複使用“星艦”,可能很快就會到來。