用不锈钢造火箭!朱雀三号垂直返回首次试飞成功

科普中国
公众科普,科学传播。
收藏

1月19日,蓝箭航天朱雀三号大型可复用液氧甲烷火箭首枚试验箭,在酒泉卫星发射中心圆满完成飞试任务,为朱雀三号实现2025年“首飞”奠定了重要技术基础。

图片

动图来源:央视新闻

朱雀三号箭体直径4.5米,一子级设计复用次数不少于20次,具备一箭多星、平板堆叠卫星集群发射的能力。此次验证的VTVL-1试验箭起飞质量约50.3吨,全箭最大起飞质量可达68吨,是目前国内起飞规模最大的垂直起降试验箭。

不锈钢竟然可以造火箭?

朱雀三号可重复使用火箭是我国首款不锈钢液体运载火箭,其贮箱结构采用高强度不锈钢材料,在材料选型、结构形式、焊接工艺与生产设备方面均具有高度原创性。

相比传统箭体结构的材料铝合金,不锈钢成本低廉、焊接工艺性好,能大幅降低中大型液体火箭的生产制造成本,其不锈钢箭体结构的耐高温性能在火箭重复使用上具备明显优势,朱雀三号火箭一级发动机在火箭回收后可不下箭检查,加注完成即可再次飞行,能实现真正的航班化运营。

图片来源:新华社

引领液氧甲烷新时代,垂直返回技术大突破

去年7月12日,蓝箭航天的朱雀二号发射成功,便已突破记录,成为全球首枚成功入轨的液氧甲烷火箭,标志着我国运载火箭在新型低成本液体推进剂应用方面取得突破。

图片来源:新华社(汪江波 摄)

从原理上来讲,火箭实际就是利用自身携带的推进剂发生反应,产生高速喷射的热气流来推进的动力装置。对于以空间运输为主要任务的运载火箭而言,其发动机有四种主流推进剂方案可供选择:固体燃料、四氧化二氮/偏二甲肼、液氧煤油和液氧液氢。

如今主流的运载火箭的主发动机基本都是采用液体推进剂方案,与固体推进剂不同,这类方案中推进剂分为液态燃料和液态氧化剂两类,他们在运载火箭发动机上一般是分别贮存在两个空间中,在进入燃烧室后激烈反应后产生推力。在所有液体推进剂方案中,液氧是最为悠久的氧化剂,1926年人类历史上第一枚液体燃料火箭就使用了液氧(氧化剂)+汽油(燃料剂)的方案,同时也是最为高效廉价的氧化剂,很多主流运载火箭的主力发动机都采用液氧为氧化剂,不同是与之搭配的燃烧剂。这其中液氧+煤油、液氧+液氢是应用最广泛的搭配方案。

液氧甲烷作为火箭燃料,由液态氧气和甲烷混合而成。甲烷是天然气的主要成分,已成为火箭发动机研究者无法忽视的燃料选项。

基于液氧甲烷成本低廉,甲烷发动机不积碳、易维护的特质和可全生命周期监测的属性,朱雀三号火箭一级发动机在火箭回收后可不下箭检查,加注完成即可再次飞行,实现航班化运营,发射成本相较一次性火箭可降低80%至90%

航天专家认为,在世界范围内,液氧甲烷火箭已进入快速研制发展期,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液体主动力发展的重要方向。

图片

图片来源:蓝箭航天

朱雀三号针对大型卫星互联网星座建设及深空任务需求,集高质量的运载能力、成本控制、发射能力、保障能力、运营能力于一体,并将全面助推中国商业航天跨进大运力、可重复、低成本的卫星互联网时代。

综合来源:新华社、央视新闻、央视军事、蓝箭航天等

评论
坦 荡 荡
少师级
相比传统箭体结构的材料铝合金,不锈钢成本低廉、焊接工艺性好,能大幅降低中大型液体火箭的生产制造成本。
2024-01-21
Timing
庶吉士级
科技改变未来
2024-01-21
科普老兵闻向东
大学士级
已阅
2024-01-21