北京時(shí)間10月24日凌晨,美國(guó)太空探索技術(shù)公司(Space X)創(chuàng)始人兼CEO埃隆·馬斯克在社交媒體平臺(tái)X上首次評(píng)論中國(guó)初創(chuàng)企業(yè)藍(lán)箭航天即將發(fā)射的“朱雀三號(hào)”可復(fù)用運(yùn)載火箭。馬斯克表示,朱雀三號(hào)在獵鷹9號(hào)架構(gòu)中加入了星艦的一些特性,例如使用不銹鋼和液氧甲烷,這將使其能夠擊敗獵鷹9號(hào),但同時(shí)強(qiáng)調(diào)“星艦完全是另一個(gè)級(jí)別的存在”。
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那么朱雀三號(hào)到底有何特別之處,為何會(huì)引來(lái)大佬點(diǎn)評(píng)呢?
朱雀三號(hào)(ZQ-3)是我國(guó)初創(chuàng)企業(yè)藍(lán)箭航天自主研制的運(yùn)載火箭。查閱藍(lán)箭航天官方網(wǎng)站資料得知,朱雀三號(hào)(ZQ-3)于2023年8月正式立項(xiàng),是藍(lán)箭航天面向大型星座組網(wǎng)任務(wù),自主研制的一款大運(yùn)力、低成本、可重復(fù)使用的大型液體運(yùn)載火箭。火箭一二級(jí)箭體直徑4.5米,整流罩直徑5.2米,全箭長(zhǎng)66.1米,起飛質(zhì)量約570噸,起飛推力超過(guò)750噸。火箭采用不銹鋼作為箭體主結(jié)構(gòu)材料,一子級(jí)配備九臺(tái)天鵲-12A液氧甲烷發(fā)動(dòng)機(jī),安裝子級(jí)回收所需RCS、柵格舵和著陸支腿,可在執(zhí)行軌道發(fā)射任務(wù)后自主高精度返回,在回收?qǐng)鰧?shí)現(xiàn)軟著陸并重復(fù)使用。
目前正在測(cè)試的朱雀三號(hào)為基礎(chǔ)型,近地軌道運(yùn)力為11.8噸(一次性)/8噸(一級(jí)回收),從技術(shù)指標(biāo)來(lái)看,它的技術(shù)水平完全比不上Space X公司的獵鷹9號(hào)運(yùn)載火箭,但為何會(huì)引來(lái)馬斯克這位科技大佬的盛贊呢?原因是朱雀三號(hào)基礎(chǔ)型就已經(jīng)具備可重復(fù)使用火箭最為看重的低成本特質(zhì),并且迭代改進(jìn)速度極快、性能提升極快。
第一,朱雀三號(hào)已經(jīng)具備實(shí)現(xiàn)垂直降落功能的所有關(guān)鍵零部件和控制技術(shù),并且已經(jīng)通過(guò)10公里高空垂直回收降落試驗(yàn)證實(shí)技術(shù)可行性,接下來(lái)無(wú)非就是在此基礎(chǔ)上改進(jìn)提升而已。
第二,朱雀三號(hào)整箭迭代改進(jìn)速度極快,箭體結(jié)構(gòu)減重,發(fā)動(dòng)機(jī)減重增推力,運(yùn)力大幅度提升。
從2023年8月立項(xiàng),到2024年1月19日成功發(fā)射首枚試驗(yàn)箭,耗時(shí)不到6個(gè)月,2025年6月20日,完成一級(jí)動(dòng)力系統(tǒng)測(cè)試,堪稱神速。改進(jìn)型的一級(jí)箭體結(jié)構(gòu)減重3噸(從43.5噸減到40.5噸),二級(jí)箭體結(jié)構(gòu)減重1.2噸(從8.5噸減到7.3噸),合計(jì)減重4.2噸,目前已基本實(shí)現(xiàn)。
發(fā)動(dòng)機(jī)也進(jìn)行了快速迭代改進(jìn),2017年立項(xiàng)研制天鵲-12系列液氧煤油火箭發(fā)動(dòng)機(jī)(燃?xì)獍l(fā)生器循環(huán)),基礎(chǔ)型海平面推力658.5kN,海平面比沖2800米/秒,自重1380公斤,2019年5月17日首次試車(chē);一階段改進(jìn)型天鵲-12A在天鵲-12基礎(chǔ)上,推力提高9%,即720kN,比沖提高40m/s,即2840米/秒,重量減輕100kg,即1280公斤,采用自身起動(dòng)方式,具備推力調(diào)節(jié)和混合比高精度控制等功能,具備可重復(fù)使用能力;二階段改進(jìn)型天鵲-12B在天鵲-12A基礎(chǔ)上,推力提高38.9%,即1000kN,60%~70%零部件采用3D打印,重量減少到637公斤以下,推重比做到160以上,減重、增推效果極為明顯,目前已經(jīng)開(kāi)始密集試車(chē)。二級(jí)采用的真空型發(fā)動(dòng)機(jī)天鵲15A(TQ-15A)真空推力836千牛,真空比沖3320米/秒;改進(jìn)型天鵲-15B真空推力1183千牛,真空比沖3500米/秒。
通過(guò)減重增推帶來(lái)的性能提升極為明顯,朱雀三號(hào)改進(jìn)型近地軌道運(yùn)力可達(dá)21.3噸(400x400公里軌道),換算成200x200公里軌道以后,它的運(yùn)力可達(dá)23噸,僅比獵鷹9號(hào)少2噸。
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這里要特別強(qiáng)調(diào)一點(diǎn),獵鷹9號(hào)殼體采用的是鋁鋰合金材質(zhì),重量更輕,而朱雀三號(hào)殼體采用的是不銹鋼材質(zhì),因此運(yùn)力有部分損失。
第三,朱雀三號(hào)項(xiàng)目立項(xiàng)之初就采用不銹鋼殼體和液氧甲烷推進(jìn)劑,有利于大幅度降低發(fā)射成本。
可重復(fù)使用運(yùn)載火箭一切設(shè)計(jì)都是圍繞如何降低單次發(fā)射成本展開(kāi),因此如何降低火箭整箭制造成本、推進(jìn)劑成本和提升可重復(fù)使用次數(shù)就成了重點(diǎn)研制目標(biāo)。
不銹鋼殼體是目前公認(rèn)的成本最低的火箭殼體,成本僅為鋁鋰合金的十分之一左右,但重量較大,會(huì)在一定程度上降低火箭運(yùn)力。液氧甲烷推進(jìn)劑每公斤成本約為5元,遠(yuǎn)低于液氧煤油的每公斤十幾元和液氧液氫每公斤一百元。獵鷹9號(hào)采用液氧煤油作為推進(jìn)劑,而朱雀三號(hào)采用液氧甲烷,成本優(yōu)勢(shì)十分明顯。
此外,單箭發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)量不宜太少,否則單批次難以通過(guò)規(guī)模量產(chǎn)降低單機(jī)生產(chǎn)成本。這就是獵鷹9號(hào)和朱雀三號(hào)一級(jí)都有9臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的主要原因。
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從設(shè)計(jì)思路來(lái)看,朱雀三號(hào)憑借后發(fā)優(yōu)勢(shì),在降低成本這一點(diǎn)就天然優(yōu)于獵鷹9號(hào),假以時(shí)日,這款運(yùn)載火箭單次發(fā)射成本必將遠(yuǎn)低于獵鷹9號(hào)。今后只要朱雀三號(hào)把發(fā)動(dòng)機(jī)單機(jī)制造成本降下來(lái),并繼續(xù)提升可重復(fù)使用次數(shù),獵鷹9號(hào)將徹底失去國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。這就是馬斯克盛贊朱雀三號(hào)的主要原因!
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