三年磨一“箭”：“朱雀二號”蓄勢待發

張昌武 張傳軍

2018年年初，美國馬斯克用獵鷹重型火箭將自己的愛車特斯拉跑車送上了太空，看得人熱血沸騰。2018年10月27日，中國民營航天公司——北京藍箭空間科技有限公司自主研發的三級固體運載火箭“朱雀一號”離開發射塔架，朝著太陽同步軌道飛去。由此也為中國商業航天的元年添上了濃墨重彩的一筆。此前中國民營火箭公司已成功發射幾次不進入太陽同步軌道的單級探空火箭，而“朱雀一號”是中國商業航天在運載火箭領域做出的第一次嘗試。

千只鳳凰一 “朱雀”

“朱雀一號”是由國內最早取得行業全部準入資質的民營火箭企業——北京藍箭空間科技有限公司（以下簡稱“藍箭航天”）自主研發的三級固體運載火箭。它的研發歷時近一年，耗資7000多萬元。

“朱雀一號”為三級固體運載火箭，全箭總長19米，箭體直徑為1.35米，起飛重量27噸，起飛推力45噸。其設計運力為500公里高度太陽同步軌道（SSO）200公斤、200公里高度近地圓軌道（LEO）運載能力300公斤。

此外，“朱雀一號”還搭載了為《加油！向未來》節目定制的科普教育衛星“未來號”。“未來號”衛星搭載了光學對地觀測相機和空間在軌實驗艙，在軌設計壽命2年。該衛星在功能上融合了空間在軌科普實驗和對地遙感觀測，滿足在軌科學實驗需求，并配有集成數據回傳系統，是一顆空間科學和遙感綜合用途微小衛星。

歷史性的380秒

2018年10月27日下午16時整，隨著指揮中心一聲“點火！”，肉眼可見火箭一、二級分離，火箭沿著原定軌道繼續升空。隨后，火箭超出肉眼可見范圍，現場指揮司令宣布第三級點火正常。最終，指揮中心等來消息：火箭發射后飛行正常，一、二級工作正常，整流罩分離正常，但是三級出現異常。三級自旋時失穩，火箭接近但未能達到第一宇宙速度，其載荷的“未來號”商業衛星也未能按照預定計劃進入太陽同步軌道。

這一結果讓人扼腕！不入軌，對藍箭航天來講是一個遺憾，離實現奇跡差了一步！盡管發射任務未能圓滿完成，但“朱雀一號”依然展現出相當的技術水平。這短短的380秒，代表藍箭航天通過這次發射得以驗證火箭各級分離、整流罩分離等關鍵步驟；代表了民營力量在運載火箭所需的能力鏈條、供應鏈條、體系鏈條、發射鏈條已逐級打通，這也將為中國民營航天、商業航天的發展做出貢獻。因此，這380秒是有歷史性意義的。

失之毫厘，差之千里

藍箭航天對“朱雀一號”三級固體運載火箭飛行實驗的快速處理數據進行了初步分析。

經數據判讀，火箭點火、起飛正常，一級飛行正常，一、二級分離正常，二級飛行正常，二、三級分離正常，整流罩分離正常，三級滑行段飛行正常，三級主發動機點火后火箭飛行正常。最大飛行高度337千米，最快速度6300m/s。

三級工作約37秒（對應總飛行時間402秒）后，主發動機工作正常，但姿態控制力異常，推進劑提前耗盡。經初步分析，可能是末修姿控動力系統某推力室輸送管損壞導致了控制力下降和推進劑泄露。

對于航天來說，失之毫厘，就是差之千里！

航天探索充滿未知，尤其對于民營航天來說，即便是馬斯克的SpaceX，也經歷多次失敗才取得成功，他的“獵鷹號”初次發射因為一個錯誤發射延期，之后又連續兩次延期，正式發射后僅26秒就出現問題導致墜落。

鵲鳴兆喜，蓄勢待發

商業航天最為關鍵的技術之一，就是航天發動機技術。這是火箭、空天飛行器的主要動力系統。以液體發動機為例，當前最前沿的技術是探索研制液氧甲烷發動機。隨著美國太空探索技術公司（以下簡稱“SpaceX公司”）的“獵鷹九號”火箭的第一級重復使用技術的成功實現，液體火箭發動機的單次任務可多次啟動和可在多次任務中使用的性能成為了工程師追求的目標。

相較于當前主流的液氧煤油和液氫液氧兩個組合，液氧甲烷具有冷卻能力強、比沖高（考驗燃料性能指標之一，比沖越高油耗越少）、不易結焦等優點，同時單位質量燃料的成本只有煤油的1/3和液氫的1/30。這種特性使得液氧甲烷成為推動火箭、空天飛行器低成本、可重復使用的最理想組合。現在使用液氧甲烷火箭發動機的有SpaceX公司的猛禽下一代液氧甲烷發動機、美國藍色起源公司的BE-4液氧甲烷發動機、中國藍箭的天鵲液氧甲烷發動機。

藍箭的下一款核心產品是中型液體運載火箭“朱雀二號”。在動力系統上，“朱雀二號”將選擇“80+10”的最優技術路線。其中，80噸發動機通用于火箭一級和二級，10噸級發動機通用于火箭二級和三級，低地球軌道運載能力可達4噸，太陽同步軌道運載能力2噸。“朱雀二號”計劃在2020年實現火箭首飛，這將成為中國航天事業發展的有益補充。

中型火箭“朱雀二號”基本型為兩級液體運載火箭，可以將兩輛大型SUV轎車同時送入太空。“朱雀二號”使用藍箭航天自主研發的80噸液氧甲烷發動機天鵲（TQ-12）短噴管推力室，于2018年10月進行了20秒的短程點火試車并取得成功。

中國民營商業航天企業的定位是航天發射“國家隊”的有益補充，而非競爭者。隨著衛星應用市場的高速發展，中國航天的現狀是火箭運力不足，“國家隊”忙于完成國家重大航天項目，大量商業衛星只能排隊等待。中國民營商業航天企業在軍民融合的推力下大有可為。

2019年3月2日，載著載人龍飛船的助推火箭“獵鷹九號”，從美國佛羅里達州卡納維拉爾角空軍基地發射。飛船里有個假人模型，用來記錄真實宇航員承受的各項數據。3月3日，美國宇航局在任務現場直播視頻宣布，SpaceX公司載人龍飛船成功與國際空間站進行對接。

裝備到“朱雀二號”上的天鵲（TQ-12）發動機，已隆隆啟動。太空正成為中國企業開拓的新邊疆，中國初創公司正在大膽地與SpaceX等公司競爭，若想在航天市場競爭中拔得頭籌，將需要我們共同努力。

作者單位 北京藍箭空間科技有限公司

中國航天科技集團空間技術研究院太空巡天科技（北京）有限公司

TIPS1

固體運載火箭是利用固體火箭發動機作動力裝置的運載火箭——固體推進劑運載火箭的簡稱。“朱雀一號”使用的固體燃料推進劑是丁羥四組元，它是由氧化劑硝酸銨、高氯酸銨、鋁粉和黏合劑端羥基聚丁二烯組成。硝酸銨富含氮元素，在農業上是很常用的一種氮肥，能促進光合作用和作物增殖，但這種化肥長期堆放會導致結塊，容易發生爆炸，因此現已被含氮量更高、風險更低的尿素替代。

TIPS2

太陽同步軌道是一種近似的極地軌道，即軌道經過南北兩極上空。這類衛星軌道的最大特點是，會在相同的時間點經過相同的位置上空。光學遙感衛星和氣象衛星青睞太陽同步軌道也是其中的緣由。選擇這一軌道的衛星可以設置成在白天同一時間經過一片區域，從而獲得這片區域清晰的光學圖像。