“朱雀三號”遙一運載火箭靜態(tài)點火試驗

北京時間2025年10月18日至10月20日，在位于酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心東風(fēng)商業(yè)航天創(chuàng)新試驗區(qū)的藍(lán)箭航天液氧甲烷火箭2號工位，“朱雀三號”遙一運載火箭順利完成首飛任務(wù)的第一階段工作——加注合練及靜態(tài)點火試驗。至此，大型液氧甲烷火箭“朱雀三號”的入軌首飛已經(jīng)近在咫尺，中國液氧甲烷火箭、中國可復(fù)用火箭的發(fā)展應(yīng)用將迎來一大步。

有望成為世界首款實現(xiàn)入軌的大型全液氧甲烷火箭

2023年12月9日，中國科協(xié)攜手《環(huán)球人物》雜志社在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心藍(lán)箭航天液氧甲烷火箭發(fā)射工位共同舉辦《對話科學(xué)家》活動。活動現(xiàn)場，藍(lán)箭航天正式發(fā)布了該司主打產(chǎn)品“朱雀三號”大型液氧甲烷運載火箭，這是中國商業(yè)航天備受期待的一款箭型。

“朱雀三號”（ZQ-3）為藍(lán)箭航天公司于2023年8月正式立項并傾力打造的一款大型雙低溫液體運載火箭，主要用于大型、巨型低軌衛(wèi)星星座組網(wǎng)發(fā)射，兼顧執(zhí)行高軌發(fā)射任務(wù)。該箭采用兩級串聯(lián)構(gòu)型，箭體主結(jié)構(gòu)采用不銹鋼材料，主動力全部采用液態(tài)氧氣/液態(tài)甲烷雙組元雙低溫推進(jìn)劑。該箭為部分可回收復(fù)用運載火箭，一級可回收復(fù)用不小于20次。

“天鵲-12B”液氧甲烷發(fā)動機(jī)

“朱雀三號”一級計劃配備九臺“天鵲-12B”液氧甲烷發(fā)動機(jī)，該發(fā)動機(jī)采用燃?xì)獍l(fā)生器循環(huán)，具備回收所需的多次啟動、深度節(jié)流能力，單臺海平面推力1000千牛（約102噸），推重比大于160。同時，為滿足回收需求，一級配備了4個可展收珊格舵、4個可展收著陸腿以及姿態(tài)控制系統(tǒng)（RCS）。該箭二級計劃配備一臺“天鵲-15B”液氧甲烷發(fā)動機(jī)，采用燃?xì)獍l(fā)生器循環(huán)，具備不小于3次的多次啟動能力，真空推力1183千牛（約121噸），真空比沖3500米/秒（約357秒）。

“朱雀三號”設(shè)計高度76.6米，一二級直徑4.5米，配備直徑5.2米整流罩，起飛質(zhì)量約660噸，起飛推力約900噸，該箭非回收狀態(tài)高度450千米近地軌道（LEO）運載能力21.3噸，航線下回收（航區(qū)回收）近地運力18.3噸，返場回收近地運力12.5噸。

“朱雀三號”是中國第一款不銹鋼運載火箭，也是中國第一款大型液氧甲烷運載火箭，更低廉的箭體材料成本和推進(jìn)劑成本讓該箭具備商業(yè)火箭所必須的低成本屬性。預(yù)計在2025年11月，“朱雀三號”（遙一）運載火箭將實現(xiàn)首飛，屆時，該箭將有望成為世界首款實現(xiàn)入軌發(fā)射的大型全液氧甲烷運載火箭，這又將是全球液氧甲烷火箭發(fā)展應(yīng)用的重要一步，將激勵全球液氧甲烷火箭的研發(fā)。（在此之前，先后完成首飛的“火神”和“新格倫”二級均為氫氧級段）

挑戰(zhàn)成為中國運載火箭入軌回收第一箭

世界時2015年12月22日，在“獵鷹九號”運載火箭完成近地軌道一箭多星發(fā)射任務(wù)后，美國太空探索技術(shù)公司（SpaceX）對該箭一級（B1019）進(jìn)行了成功回收，至此，“獵鷹九號”成功開啟了世界運載火箭回收復(fù)用的時代。在太空探索公司發(fā)展可復(fù)用火箭的過程中，其他國家逐漸認(rèn)識到可復(fù)用火箭的意義和價值，一些火箭研制單位以太空探索公司路線為藍(lán)本來發(fā)展可復(fù)用火箭，藍(lán)箭航天便是其中之一。

2014年11月16日，中國國務(wù)院發(fā)布了《國務(wù)院關(guān)于創(chuàng)新重點領(lǐng)域投融資機(jī)制鼓勵社會投資的指導(dǎo)意見》[1]，明確表示“鼓勵民間資本參與國家民用空間基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)”。2015年10月26日，中國國家發(fā)展改革委、財政部、國防科工局印發(fā)并實施《國家民用空間基礎(chǔ)設(shè)施中長期發(fā)展規(guī)劃（2015—2025年）》[2]，出臺了“鼓勵民間資本參與國家民用空間基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)”具體規(guī)劃。在此前后，中國民營商業(yè)火箭公司逐漸涌現(xiàn)，以翎客航天（2014年1月）、藍(lán)箭航天（2015年6月）、天兵科技（2015年6月）為代表的中國第一批民營商業(yè)火箭公司開始創(chuàng)立，此后又有零壹空間科技集團(tuán)（2015年8月）、星際榮耀（2016年10月）、星河動力（2018年2月）相繼成立，其中絕大部分企業(yè)都以研制可回收復(fù)用運載火箭為發(fā)展目標(biāo)。

“朱雀三號”可復(fù)用火箭十公里級垂直起降飛行試驗

經(jīng)過數(shù)輪的融資支持和數(shù)年的研發(fā)推進(jìn)，多家民商火箭公司的可復(fù)用液體運載火箭已經(jīng)接近首飛，包括天兵科技的“天龍三號”、中科宇航的“力箭二號”、星河動力的“智神星一號”、深藍(lán)航天的“星云一號”等，其中“朱雀三號”的研制及試飛進(jìn)度則處于靠前的位置。在此之前，“朱雀三號”型號研制工作已使用“朱雀三號”VTVL-1回收試驗箭先后完成了350米低空垂直起降飛行試驗（2024年1月19日）、10千米級垂直起降飛行試驗（2024年9月11日）。按照目前的進(jìn)度，藍(lán)箭航天的“朱雀三號”有望成為中國第一型實現(xiàn)入軌回收的運載火箭，這將是中國可復(fù)用火箭發(fā)展的重要突破，將成為中國運載火箭發(fā)展的里程碑！

分步實現(xiàn)20噸級大運力

在世界航天領(lǐng)域，雖然運載火箭液氧甲烷動力路線并非新的技術(shù)路線，但卻是新的工程應(yīng)用方向。相較于成熟的液氧煤油動力火箭，液氧甲烷動力火箭工程應(yīng)用較晚，且雙低溫動力系統(tǒng)相較于單低溫動力系統(tǒng)的研制難度更大，所以即便是經(jīng)過數(shù)年的發(fā)展，世界液氧甲烷火箭工程應(yīng)用依然還處于初期，動力技術(shù)有待不斷的升級迭代，經(jīng)過一個較長的階段才能逐漸走向成熟。

“朱雀三號”遙一火箭一級

對于“朱雀三號”而言，其20噸級大運力也是需要分步實現(xiàn)的。不同于“朱雀三號”的目標(biāo)動力配置，該箭基礎(chǔ)型主動力配備的依然是過渡型號。“朱雀三號”基礎(chǔ)型一級配備九臺“天鵲-12A”液氧甲烷發(fā)動機(jī)，采用燃?xì)獍l(fā)生器循環(huán)，可支持泵后雙向搖擺（±4°），采用自身起動方式，具備45%~111%深度推力調(diào)節(jié)、±10%混合比高精度控制、多次點火等功能，單臺推力838千牛（約86噸），海平面比沖2840米/秒（約290秒），推重比105。相較于“朱雀三號”目標(biāo)配置，基礎(chǔ)型一級主發(fā)動機(jī)在推力、推重比等方面依然存在明顯差距。

“天鵲-15A”液氧甲烷發(fā)動機(jī)

基礎(chǔ)型二級配備1臺“天鵲-15A”液氧甲烷發(fā)動機(jī)，采用燃?xì)獍l(fā)生器循環(huán)，支持泵前雙向搖擺（±4°），具備60%~100%推力調(diào)節(jié)能力和3次起動能力，真空推力836千牛（約85噸），真空比沖3320米/秒（339秒）。相較于“朱雀三號”目標(biāo)配置，基礎(chǔ)型二級主發(fā)動機(jī)在推力、比沖等方面存在明顯差距。

“朱雀三號”遙一運載火箭

“朱雀三號”基礎(chǔ)型為過渡產(chǎn)品?；谶^渡的主發(fā)動機(jī)型號，相較于目標(biāo)體量和運力，“朱雀三號”基礎(chǔ)型的起飛質(zhì)量更小、高度更低、運力更小，基礎(chǔ)型全箭高66.1米，起飛質(zhì)量約570噸，起飛推力7542千牛（約770噸），非回收狀態(tài)近地軌道（LEO）運力11.8噸，航區(qū)回收近地運力8噸。

小步快跑，快速迭代，分步實現(xiàn)目標(biāo)運力。相較于“一步到位”的運載火箭傳統(tǒng)研制路線，藍(lán)箭航天采用的是“小步快跑、快速迭代”的新型研制路線，以此分步實現(xiàn)研制目標(biāo)。相對而言，“快速迭代”的研制路線可以更快的推出火箭型號，并在實際飛行試驗中不斷改進(jìn)升級，最終達(dá)到較優(yōu)的技術(shù)狀態(tài)，而這正是商業(yè)航天所需要的。從“朱雀二號”到“朱雀三號”，藍(lán)箭航天火箭型號迭代的關(guān)鍵在于一二級動力系統(tǒng)。

左起：“天鵲-12B”、“天鵲-12A”、“天鵲-12”

“朱雀二號”、“朱雀三號”主動力技術(shù)都源于藍(lán)箭航天最初研發(fā)的“天鵲-12”（TQ-12）液氧甲烷發(fā)動機(jī)，該發(fā)動機(jī)裝機(jī)于“朱雀二號”第一批次產(chǎn)品一級，真空型裝機(jī)于同批次“朱雀二號”二級。其后，藍(lán)箭航天基于“天鵲-12”改進(jìn)研制了一級主發(fā)動機(jī)“天鵲-12A”和二級主發(fā)動機(jī)“天鵲-15A”，先后裝機(jī)于“朱雀二號”改進(jìn)型和“朱雀三號”基本型。目前，基于“天鵲-12A”研制的“天鵲-12B”和基于“天鵲-15A”研制的“天鵲-15B”均處于研制階段，完成研制后將分別裝機(jī)于“朱雀三號”改進(jìn)型一級和二級，最終助“朱雀三號”實現(xiàn)目標(biāo)的20噸級近地運力，而這正是中國巨型低軌星座批量組網(wǎng)所需要的運力等級。

自建星座，自帶需求

自從太空探索公司開啟巨型低軌通信星座“星鏈”批量組網(wǎng)發(fā)射以來，“獵鷹九號”運載火箭的發(fā)射次數(shù)進(jìn)入了快速增長階段，期間，三分之二的發(fā)射任務(wù)來自太空探索公司自身的“星鏈”星座計劃。該星座遠(yuǎn)期規(guī)劃了超過4萬顆的低軌衛(wèi)星，將長期占據(jù)著“獵鷹九號”大部分發(fā)射任務(wù)，構(gòu)成巨大且穩(wěn)定的發(fā)射需求。

與太空探索公司相仿，藍(lán)箭航天也規(guī)劃了巨型低軌通信衛(wèi)星星座。2017年11月30日，由藍(lán)箭航天控股的北京藍(lán)箭鴻擎科技有限公司正式成立。其后，該公司提出了"鴻鵠三號"衛(wèi)星星座計劃，申報在160個軌道部署1萬顆衛(wèi)星，成為中國星網(wǎng)、千帆之后的又一個巨型低軌星座。

"鴻鵠三號"星座一旦準(zhǔn)備就緒進(jìn)入大規(guī)模批量組網(wǎng)階段，能夠成為“朱雀三號”主要的發(fā)射任務(wù)來源，而后者需要形成像“獵鷹九號”一樣的每年百次的高頻次發(fā)射能力才能滿足組網(wǎng)發(fā)射需求。

與此同時，處于星等箭狀態(tài)的星網(wǎng)、千帆巨型星座亟待大型火箭支持大規(guī)模批量組網(wǎng)發(fā)射，這也將構(gòu)成“朱雀三號”發(fā)射任務(wù)的主要來源。如此一來，“內(nèi)需”加“外需”將建立對“朱雀三號”發(fā)射服務(wù)的穩(wěn)定需求。而面對海量待發(fā)衛(wèi)星，“朱雀三號”需要盡快完成升級迭代，形成穩(wěn)定高效的回收復(fù)用能力，最終提供“大運力、高頻次、低成本”發(fā)射服務(wù)。

結(jié)語

“天鵲-12A”試車之后噴管內(nèi)側(cè)

長期而言，在可復(fù)用火箭中液氧甲烷路線整體更優(yōu)，相較于液氧煤油火箭，液氧甲烷火箭的最大優(yōu)勢在于時間成本優(yōu)勢。由于甲烷燃燒之后的結(jié)焦和積炭現(xiàn)象極為輕微，最快能實現(xiàn)回收即轉(zhuǎn)復(fù)用，單一模塊箭體能形成更高頻次發(fā)射能力。而在中短期，液氧煤油火箭具有動力技術(shù)更成熟的優(yōu)勢，能夠更快達(dá)成目標(biāo)的大運力，更快實現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定發(fā)射。在中國巨型低軌星座開啟大規(guī)模批量組網(wǎng)發(fā)射的大背景下，民商火箭正在展開“卡位戰(zhàn)”，誰能更早提供“大運力、高頻次、低成本”發(fā)射服務(wù)，誰就能率先建立領(lǐng)先優(yōu)勢，而液氧煤油火箭將更容易接近這一目標(biāo)。

對于“朱雀三號”而言，做更優(yōu)的選擇，也是做更難的題，其實現(xiàn)目標(biāo)運力、形成連續(xù)穩(wěn)定發(fā)射將是一個不短的過程，技術(shù)走向成熟穩(wěn)定的過程中還會遭遇不少挑戰(zhàn)。藍(lán)箭航天團(tuán)隊在過往的表達(dá)中用到了“愚公移山”一詞，展現(xiàn)了其團(tuán)隊腳踏實地、行穩(wěn)致遠(yuǎn)的優(yōu)秀品質(zhì)，這將能成為“朱雀三號”最終取得成功的壓艙石。

“朱雀三號”是中國大型液氧甲烷火箭的代表，也是中國可回收復(fù)用火箭的代表，還是中國商業(yè)火箭的代表，其一旦成功首飛并順利回收，將成為中國可復(fù)用火箭入軌回收第一箭、中國大型甲烷火箭入軌第一箭，這將是中國運載火箭發(fā)展史上的標(biāo)志性事件。等待一場純青火焰托舉的太空之旅！

作者：木蘭星舟

參考資料

[1]《國務(wù)院關(guān)于創(chuàng)新重點領(lǐng)域投融資機(jī)制
鼓勵社會投資的指導(dǎo)意見》
https://www.gov.cn/zhengce/zhengceku/2014-11/26/content_9260.htm

[2]《國家民用空間基礎(chǔ)設(shè)施中長期發(fā)展規(guī)劃（2015-2025年）》

https://www.ndrc.gov.cn/xxgk/zcfb/tz/201510/W020190905506418382345.pdf