潮新闻客户端 记者 屠晨昕
蓝箭航天供图
箭体用你手里保温杯的不锈钢造的，烧的“油”是你家热水器每天在烧的甲烷，同时还能回收重复使用……
这种火箭，你的第一反应是不是马斯克要送人去火星的“星舰”？
你的判断没错。不过，还将有一款来自中国、产自浙江的新火箭也是攀同样的“科技树”，这就是朱雀三号。
12月9日中午，就在朱雀二号遥三火箭“一箭三星”发射成功、实现全球首次甲烷火箭成功商业发射后，民商航天企业蓝箭航天发布了我国首款不锈钢运载火箭——朱雀三号可重复使用液氧甲烷火箭，预计将于2025年具备首飞能力。
2021年6月，国家航天局发布“十四五”及未来一个时期发展重点规划，将可重复使用天地往返运输系统列为重大科技工程，多次强调运载火箭必须走可回收可复用道路，降低进入空间的整体成本，为扩大空间技术应用、服务国家产业升级、建设航天强国做出贡献。
时代造就弄潮儿。从浙产火箭朱雀三号“管中窥豹”，可以感受到民商航天企业们正在拿出民营经济“敢为天下先”的魄力，与“国家队”携手书写中国航天的美好未来。
蓝箭航天供图
这些中国火箭对标猎鹰9号
“造箭新势力”携手应对挑战
细看蓝箭公布的朱雀三号参数，能看出不少门道——它对标的是当前全世界发射频率最高的火箭——美国SpaceX（太空探索技术公司）的猎鹰9号。
朱雀三号芯一级箭体直径4.5米，全箭总长达到76.6米，起飞重量约660吨，起飞推力约900吨，一次性低轨运载能力21.3吨，航区回收运力18.3吨。朱雀三号的低轨运力是朱雀二号的5倍以上，运力将大幅提升。
再来看猎鹰9号，直径3.7米，总长70米，起飞重量约567吨，起飞推力约765吨，一次性低轨最大运力22.8吨，海上回收运力19吨。
可见，这两款均为最大近地载荷20多吨的可回收大中型火箭。两者都有4个栅格舵作为气动操纵面，用于一子级气动减速段的姿态调整与落点控制；尾部安装着陆腿，实现一子级垂直着陆。
事实上，朱雀三号的体量已接近我国目前的最强火箭——长征五号。“胖五”箭体直径5米，全长56.97米，起飞重量约869吨，低轨运力超过25吨。
图源视觉中国
勇敢直面竞争的，并非只有蓝箭一家，今年我国多家民商航天企业纷纷拿出对标猎鹰9号的可重复使用火箭计划。
比如，创造了全球民商航天企业液体火箭首发即成功纪录的天兵科技，宣布将于2024年中首飞液氧煤油火箭天龙三号，2024年下半年就将开始商业批量化发射，可谓神速。天龙三号设计直径3.8米，起飞重量590吨，近地轨道运力17吨，太阳同步轨道运力14吨。
再比如11月2日刚完成火箭垂直起降试验的星际荣耀，宣布已启动研发中大型可复用甲烷火箭双曲线三号，在一子级回收的情况下低轨运力8.5吨。其百吨级发动机焦点二号于9月底完成首次全系统试车，火箭预计2025年底首飞……
就像面对特斯拉的电动汽车“造车新势力”一样，面对猎鹰9号，中国“造箭新势力”们也正在携手迎接挑战。
2021年5月4日，一枚猎鹰9号在卡纳维拉尔角发射，把60颗小卫星送入轨道。图源视觉中国
当今复用最多的猎鹰9号并不太适合复用
朱雀三号的理论性价比上限更高
数据不免令人感到枯燥，但是聊到省钱省事，你或许就不困了。
不可否认，猎鹰9号是目前唯一大规模商用的可复用火箭，创造了大量纪录，用得最多的一子级，已复用了接近20次。
然而，猎鹰9号的液氧煤油推进剂，其实并不太适合重复使用。
国际宇航联空间运输委员会副主席杨宇光告诉潮新闻记者，马斯克为猎鹰9号选择“灰背隼”发动机，主要看中其技术成熟、可靠性好、推力大，但煤油有个天生缺陷，就是燃烧后容易烧结、积碳，回收后要清理很麻烦，而且很难完全洗干净。“迄今为止，我们都很难说重复使用猎鹰9号采用煤油动力到底能省多少钱，这是不透明的。”
在杨宇光看来，甲烷燃烧后几乎没有结焦，维护起来就比煤油发动机容易太多了，省钱又省人工还省时间。“成本低、效率高、环保性强，都是液氧甲烷燃料的优点。”
从这个角度看，朱雀三号们的理论性价比上限比猎鹰9号更高。
航天科技六院西安航天动力研究所副所长高玉闪表示，面对未来大规模进出空间、航班化运输需求，大推力、高性能、可重复使用的液氧甲烷发动机是火箭主动力发展的重要方向。
目前在国内民商航天企业里，蓝箭航天、星际荣耀、九州云箭都认准了甲烷动力+可回收这条最有希望的赛道，正全力研发液氧甲烷发动机，最大推力80-100吨级。
而航天“国家队”的手笔更大，正开展200吨级全流量补燃循环液氧甲烷发动机研制工作，直接对标“星舰”的“猛禽”发动机，可为未来重型、大中型运载火箭提供强劲动力。
朱雀三号尾部。蓝箭航天供图
不锈钢“朱雀”绝非“傻大黑粗”
而是真正的高精尖产品
朱雀三号的官宣文字中，“采用S301系列不锈钢制造火箭贮箱”让人眼前一亮。蓝箭要和马斯克一样，用不锈钢来造火箭。
“不锈钢最大的缺点就一个字：重。但优点很多：强度高，耐高温低温、耐腐蚀，而且极其便宜。”杨宇光说。
根据SpaceX官网数据，“星舰”飞船再入大气层时，20%的表面暴露在1470多℃高温下， 还有20%最高温是1300多℃，其余最高温低于1176℃。而不锈钢熔点在1398-1454℃，比目前任何主流箭体材料都要耐高温。马斯克本想在“星舰”飞船上用碳纤维，但是碳纤维抗高温不行，就改成了不锈钢。
太空里更多是极寒环境。神奇的是，不锈钢在低温下强度会提高50%，甚至高于铝锂合金，添加铬镍的不锈钢还会增加12-18%的延展性，比碳纤维还坚固。4月20日“星舰”首飞虽然失败，但它在天上翻滚了好久才解体，说明不锈钢箭体强度相当大。
然后就是廉价，不锈钢简直太便宜了，我们家里的高压锅、保温杯、橱柜……随处可见。
马斯克曾说，用碳纤维造火箭每公斤成本超过135美元，计入35%损耗就要200美元；用铝合金也要三四十美元；用301不锈钢薄板造同样的火箭，每公斤才3美元！
还没完，碳纤维制造工艺复杂，人工成本远高于焊接不锈钢板的普通焊工。更不用说不锈钢可以露天焊接，而碳纤维必须在超净环境下制造……
马斯克曾说，NASA（美国航天局）造一枚SLS重型火箭的钱，够“星舰”炸100次。
朱雀三号把卫星送入轨道想象图。蓝箭航天供图
“不过，不锈钢太重的确是个大问题，因为航空航天材料都追求一个‘轻’字。”杨宇光说，“箭体太重会压缩有效载荷，能带的燃料和货物就少了。”
想用不锈钢造火箭，首先发动机必须足够优秀。“‘星舰’的‘猛禽’发动机个子小、推力大、比冲高，可以弥补了不锈钢在重量上带来的损失。”杨宇光说。
而且，用不锈钢造箭体其实技术含量很高，“‘星舰’直径达9米，但其不锈钢壳体做得非常薄，厚度不到4毫米，又大又薄又耐压，背后的材料技术和加工水平都非常高”。
由此可以看出，蓝箭航天要挑战的不锈钢“朱雀”绝非“傻大黑粗”，而是真正的高精尖产品。
朱雀二号遥三火箭发射瞬间，此处是蓝箭自建的国内唯一液氧甲烷火箭发射工位。蓝箭航天供图
从“坐火车”改为“坐汽车”
火箭直径变大折射出民商航天创新的大格局
朱雀三号4.5米的直径，一度让记者疑惑——由于铁路铁轨宽度限制，中国运载火箭直径上限长期停留在3.35米，直到通过海运前往海南发射的长征五号才突破了这个数值。然而，我国唯一能发射甲烷火箭的工位位于内陆的酒泉，怎么把4.5米直径的大火箭运过去？
蓝箭创始人张昌武对此解释，朱雀三号前往发射场不“坐火车”，改“坐汽车”：依托我国发达的高速公路网，箭体通过社会化的大件运输企业完成，灵活又便捷，从而突破限制，使朱雀三号成为目前中国商业航天中直径最大的火箭。
这是民商航天“供应链和运营体系的社会化”的一个侧面。
“中国有当今世界品类最齐全、规模化生产能力最强的工业体系，在火箭制造所需原材料、推进剂、精密加工、电子信息、机电设备等领域，都有世界一流企业和产品。”张昌武说，朱雀三号要以工业化方式链接火箭研产，实现火箭的高效制造。
低成本是商业火箭的核心竞争力。“依靠长期构建的产业化体系，实现了发动机、贮箱、增压输送、航电系统等核心部件完全自产，新箭配套成本只有国内同级别火箭的五分之一。”张昌武表示，朱雀三号的产品竞争力甚至不依赖于回收复用属性。
而在回收复用方面，张昌武透露朱雀三号一子级的设计复用次数有20次，可将发射成本降低一个数量级，有望把每公斤载荷进入太空成本降到2-3万元。
为构建空天地一体化的卫星互联网提供高效运载服务，助力中国航天进入大运力、可重复、低成本的新时代，这是中国火箭人的共同愿景。
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