国家队和民营齐上阵,可重复使用火箭获得突破,开始赶超马斯克

寰球科学讲说 2024-06-27 08:48:49

6月23日,我国进行了一次可重复使用火箭的试射,取得了圆满成功。在介绍我国取得的成就前,我们先了解一下可重复回收火箭的开创者,Space-X。

Space-X 低成本发射傲居全球

可重复使用火箭,大家耳熟能详的就是马斯克的猎鹰9号。这是一款能够实现火箭一级回收的一款火箭。火箭一级上有大量的发动机及元器件,猎鹰9号的一级的回收利用,那大大降低了Space-X 的发射成本。猎鹰九号高度为70米,直径为3.66米,火箭一级配置了9台梅林1-D发动机并联,总推力达到7,686 KN。

那么当前猎鹰9号的成本降低到什么程度,我们来一起算笔账。一枚新的猎鹰九号火箭发射总统报价是6200万美元。猎鹰9的最大载荷为22.8吨,如果可回收那么运力打7折后就是16吨。按负荷计算,每公斤负荷不到3875美元。这是全新的火箭发射价格。其中火箭芯一级的成本在4000万美元,火箭二级成本在1200万美元,整流罩成本在600万美元,剩余的400万为燃料、场地等费用。

火箭芯一级和整流罩可以回收,那么只有火箭二级和其他费用的成本约为1600万美元,此外回收利用的芯一级和整流罩需要进行回收、检测、维护、翻新等费用大约需要100万美元。那么复用的发射费用大约需要1700万美元,如果按照十次回用来计算,每次的发射成本最多只有2300万美元,平均每公斤负荷的发射费用不超过1500美元。

以上只是粗略的计算,可回收火箭在降低发射成本带来的显著效益。那么Space-X 自拥有了火箭回收技术后,基本上称霸了全球的航天发射。根据数据统计我国在23年进行了67次的航天发射,美国有116次发射,其中Space-X 就发射了98次,可以说这个发射次数傲居全球。更令人大跌眼镜的是,如果按照发射负荷计算,Space-X 占据了全球80%的份额。一家民营公司挑战全球。

一个民营公司能够做到这样的成就,实属不一般。可见开发可重复火箭,降低发射成本,迫在眉睫。让我们了解一下猎鹰9号的相关参数。

国家队成功进行了可重复使用火箭试飞

既然了解到了可重复使用火箭的好处,那么作为航天大国,我们也要发展这种低成本的火箭。在2024两会期间,航天科技集团研究发展部部长王巍院士表示,我国正抓紧研制4米级、5米级可重复使用火箭,计划分别于2025年和2026年首飞。

如果要实现2025年4米级的首飞目标,那么在24年就要有动作,果然今天好消息传来。由航天科技集团八院抓总研制的可重复使用运载火箭首次10公里级垂直起降飞行试验圆满成功。

这款试验火箭的直径是3.8米,配备了由九州云箭研制的3台推力70吨级龙云液氧甲烷发动机,这也是国家队首次采用民营企业的发动机,代表着我国的火箭研制工作也在向民营方向转型。

在试射过程中,3台龙云发动机同时点火,火箭上升到12公里高度。其中两台发动机关机,一台中心发动机用于调节推力和姿态。在接近地面50米处,四条着陆支腿展开,随后火箭缓慢下降,平稳落地。

预计在今年还将有一次75公里高度的火箭飞行和回收试验任务,同时在2025年完成火箭的入轨和回收工作。此次的4米级可重复使用火箭预计是两级构型火箭,一级采用7台或9台的80吨级的真空版液氧甲烷发动机。目前龙云发动机的海平面推力可以达到745kN。

民营企业正在进行可重复使用火箭研制

我国的策略在航天科技集团八院研发可重复使用的火箭同时,民营企业的可重复使用火箭也正在进行当中。这里就有北京天兵科技和中国蓝箭航天的两款火箭。

由北京天兵科技研发的天龙三号火箭,高71米,直径3.8米,起飞重量590吨,一次性近地运载能力17吨。是一款对标Space-X 猎鹰9号的火箭。这款火箭的一子级已经于6月11日吊装上车前往河南进行九机并联的全系统热试车,在一切正常后,将于9月份迎来首飞。

天兵三号火箭搭载了天兵科技自主研发的110吨级推力的液氧煤油“天火十二”发动机。在火箭具备可收回使用能力后,能够实现一箭30星的发射能力,满足我国未来低轨道卫星星座的低成本发射需求。

由中国蓝箭航天研制的朱雀三号火箭,高76.6米,直径4.5米,起飞重量约660吨,一次性任务低轨运载能力达21.3吨。同样是一款对标猎鹰9号的火箭。这款火箭在24年1月19日完成了350米高度的起降回收试验。预计在6月份进行10公里级的起降回收试验。

朱雀三号搭载了蓝箭航天自主研制的9台推力为1000kN天鹊系列液氧甲烷发动机。在后续10公里级的回收试验中,蓝箭航天将使用3.35米直径的箭体,并安装一台推力80吨推力的发动机。当达到10公里高度后,发动机关机,依靠火箭携带的栅格翼辅助控制姿态,随后发动机进行2次点火,接近地面时缓冲腿打开,火箭降落。预计朱雀三号将在2025年实现首飞。

写在最后

通过上面相关信息的介绍,你对我国的可重复使用火箭的前景是否充满了信心呢?从目前看我国是在国家队还是民营企业,两手抓,两手都要硬,面向的领域不冲突,而是涵盖了我国现有的商业及太空探索的需求。中国航天的活力正在迸发。

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