VTVL-1在试验中。蓝箭航天供图
1月19日下午4点,酒泉卫星发射中心,一枚巨大的白色“半截火箭”点火升空,升到350米半空中后,缓缓下降,平稳着陆在距离预定落点圆心仅2.4米处,着陆速度仅0.75米/秒。
中国民营航天企业蓝箭航天继去年7月12日创造了世界首枚成功入轨液氧甲烷火箭的纪录后,这次进行的中国首次可重复使用不锈钢火箭垂直起降试验,又一次取得圆满成功。
(火箭航天供视频)
这类试验,在圈内被形象地称为“蚱蜢跳”。
这只浙江制造的不锈钢“大蚱蜢”,一跳就跳到巴黎埃菲尔铁塔那么高,还能毫发无损地稳稳落地,为下一代大运力液氧甲烷不锈钢箭体运载火箭——朱雀三号的重复使用验证了关键技术。
VTVL-1试验任务成功后的“大红屏”。蓝箭航天供图
为朱雀三号2025年首飞打下了坚实基础
根据蓝箭航天提供的数据,本次试验箭型号为VTVL-1,是首次验证朱雀三号一子级垂直返回关键技术的飞行试验平台,箭体直径3.35米,长18.3米,本次实际起飞重量约50.3吨,而最大起飞重量达68吨,为目前国内起飞规模最大的垂直起降试验箭。采用一台80吨级天鹊-12改型液氧甲烷发动机,推力调节范围45%-110%,具备多次点火能力。
VTVL-1试验(无人机摄)。蓝箭航天供图
“VTVL-1试验箭采用与朱雀三号一致的不锈钢材料体系和全尺寸大推力液氧甲烷发动机,同时应用了高精度垂直回收制导控制、着陆缓冲机构、地面一体化测发控系统等多项朱雀三号的关键技术。”朱雀三号总指挥戴政告诉潮新闻记者,此次任务验证了蓝箭航天可复用液氧甲烷火箭一子级垂直回收总体方案的正确性,成功获取了朱雀三号关键技术的核心试验数据,为2025年朱雀三号首飞奠定了坚实技术基础。
VTVL-1试验箭。蓝箭航天供图
与美国太空探索技术公司(SpaceX)的巨型火箭“星舰”一样,朱雀三号箭体主结构采用高强度不锈钢,VTVL-1提前验证了其制造工艺。
“相比传统箭体结构材料铝合金,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生产制造成本。”戴政透露,蓝箭航天在国内率先探索了高强度不锈钢箭体在液氧甲烷低温加注过程中的传热特性,为不锈钢箭体多次使用积累了试验数据。
而在发动机方面,此次试验箭的发动机针对重复使用需求,在已实现朱雀二号连续成功入轨的天鹊12发动机基础上,增加多次起动和深度变推功能。据悉,其未来还将应用于朱雀二号后续批次和朱雀三号。
VTVL-1试验箭。蓝箭航天供图
在火箭回收的关键设备——着陆支腿方面,VTVL-1采用了具备两级缓冲功能的支腿设计,可满足朱雀三号可重复使用一子级40吨级着陆质量的缓冲需求。据戴政透露,未来朱雀三号陆地回收以外,还有望实现海上船只回收。
戴政向潮新闻记者透露,未来还将组织开展试验箭10公里级飞行试验,进一步验证可复用火箭垂直返回各项关键技术,持续优化和迭代朱雀三号火箭方案。
蓝箭航天供图
未来花几十万上天逛一圈不是梦
我们知道,传统运载火箭都是一次性的,将航天器送入预定轨道后,推进剂燃烧完的箭体都会坠落到地面或海面,或进入大气层烧毁。
亚马逊创始人杰夫·贝索斯曾说:“传统火箭就好像乘坐一架波音747横跨美国,然后把飞机扔掉,这是非常浪费的。”
据民商航天企业星际荣耀的液体火箭型号总体副总师姜沂介绍,一枚中小型火箭的成本一般在几千万的量级,中大型火箭就要上亿元了,甚至几亿、十几亿。
姜沂算了一笔账:“典型的两级入轨的液体火箭,其一子级的成本占全箭的70%左右。加上维护检测的费用,如果能够把一子级利用到10次以上,单次发射的成本将比一次性使用降低一半以上。”这样的省钱效应是非常诱人的。
SpaceX的主力火箭猎鹰9号,最多的一枚已重复使用了19次,极大地降低了发射成本。
2023年12月10日17时07分,双曲线二号可复用液氧甲烷验证火箭在酒泉卫星发射中心开展第二次飞行试验。图源:视觉中国
国内,对可重复使用火箭技术的探索方兴未艾。去年11月2日,星际荣耀研发的双曲线二号可复用液氧甲烷验证火箭进行了首次垂直起降飞行试验。在20天内完成了同一枚火箭的重复使用维护检测工作,并在12月10日成功进行了第二次飞行试验。
不过,火箭复用次数并非越多越好。姜沂打了个比方,“就像我们买一辆车,它开到10年时,它的保养费用、维修费用都会大涨。火箭也是一样的道理,重复使用次数越多,它维护保养的费用就越高,如果超过复用所带来的利益,就不会再用了。”
我们的征途是星辰大海。蓝箭航天供图
在姜沂看来,在现有技术条件下,火箭一子级重复使用次数在20-30次左右比较理想。
“液氧甲烷发动机是否真如人们所说的那样‘不易积碳’?第一次任务结束后,我们打开发动机检查,发现确实如此,积碳基本可以忽略不计。”姜沂说,这个结果让团队倍感振奋。
2021年10月13日,“新谢泼德”号完成第二次载人太空飞行。图源:视觉中国
2021年7月20日,贝索斯等四人乘坐蓝色起源公司研制的可重复使用火箭“新谢泼德”号进入太空,在失重环境下停留约3分钟后返回地球,完成了首次无人驾驶的商业太空旅行。
目前,一个普通人想要进入太空,票价往往要达到上亿元人民币。随着可复用火箭的成熟,太空旅行成本有望大幅度下降。
姜沂透露,目前蓝色起源公司已开出亚轨道旅行的票价为20-30万美元,而未来我国推出亚轨道旅游项目后,有可能每个人花50-100万元就可以上太空逛一圈了。
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