12月13日,朱雀三号重复使用运载火箭完成首飞,二子级顺利入轨,但一子级回收失败。作为国内首次对入轨级运载火箭尝试一子级回收,这次任务的意义远超“成功与否”——它为中国重复使用火箭技术积累了关键数据。
朱雀三号首飞的核心突破:国内首次触摸入轨级回收门槛
入轨级运载火箭的一子级需要将火箭送到更高的速度和高度,回收时面临的气动加热、速度控制难度远大于亚轨道火箭。比如,Falcon 9的一子级回收需要精准控制再入角度、速度,而朱雀三号的尝试,相当于中国航天第一次“摸”到了入轨级回收的技术门槛。
此次任务中,火箭的关键动作——起飞、一二级分离、二级发动机起动、整流罩分离、二级发动机关机、滑行及二次起动——都按计划完成,这说明朱雀三号的基础设计是稳定的。而一子级的回收尝试,虽然失败,但验证了从“再入”到“着陆前”的大部分环节,为后续改进提供了关键数据。
回收失败的关键原因:最后点火环节的“毫米级误差”
总设计师张晓东在央视专访中披露了回收失败的细节:一子级在着陆段点火后出现异常,未能实现在回收场坪的软着陆,残骸落在场坪边缘。而在此之前,栅格舵打开、再入减速(从80公里到40公里)、气动滑行等环节,都实现了高精度制导控制,“表现比较完美”。
为什么最后一步会出问题?航天领域有个说法:“着陆阶段是重复使用火箭的‘死亡线’”。发动机点火的时机、推力的大小、姿态控制的精度,每一个参数都需要精确到毫秒级。比如,发动机点火早0.1秒,可能导致推力过大,火箭“跳”起来;点火晚0.1秒,可能导致速度过快,硬着陆。
根据残骸的初步分析,异常可能源于发动机点火时的燃料供应波动,或者姿态控制系统的微小偏差。这些“毫米级误差”,在地面试验中可能很难发现,但在实际飞行中会被放大。而这次失败,恰恰让团队找到了“最需要优化的细节”——后续只需要针对这些细节调整设计,就能大幅提高下次回收的成功率。
朱雀三号的技术亮点:不锈钢箭体与液氧甲烷燃料的组合
除了回收尝试,朱雀三号的两大技术选择——不锈钢箭体和液氧甲烷燃料,同样值得关注。这两个选择,都是为了适配“重复使用”的核心需求。
首先是不锈钢箭体。传统运载火箭多采用铝合金,但铝合金的耐热性有限,重复使用时需要频繁更换热防护材料,维护成本高。而不锈钢的熔点高达1500℃以上,能承受再入时的高温,且强度高、成本低——比如,SpaceX的Starship也采用了不锈钢材质,就是看中了它的“重复使用友好性”。朱雀三号的不锈钢箭体,是国内首次将这种材料应用于入轨级运载火箭,为后续重复使用火箭的批量生产奠定了基础。
其次是液氧甲烷燃料。相比传统的液氧煤油或液氢液氧,液氧甲烷的燃烧产物只有水和二氧化碳,清洁无残留,不会在发动机内积碳——这意味着发动机可以重复使用多次而不需要拆解清洗。同时,液氧甲烷的沸点较高(-161℃),比液氢(-253℃)更容易存储,能降低地面加注的难度。朱雀三号的九机并联液氧甲烷动力系统,是国内首次实现这种动力组合的集成应用,验证了其可靠性。
数据显示,朱雀三号箭高66米,直径4.5米,当前版本的一次性使用运力约13-14吨,重复使用时可达10吨级(依轨道不同调整)。未来,它还将加长箭体、升级发动机至100吨级,最终实现900吨起飞推力——这意味着它能满足低轨卫星星座、载人飞船等多种载荷的发射需求。
从失败到迭代:中国重复使用火箭的未来方向
虽然回收失败,但朱雀三号的首飞实现了多个“国内首次”:首次九机并联液氧甲烷动力系统集成应用、首次不锈钢箭体设计、首次入轨级重复使用火箭高精度返回飞行验证。这些“首次”,比“成功”更有价值——它们为中国重复使用火箭技术构建了“基础数据库”。
重复使用火箭的发展,从来不是“一次成功”的故事。SpaceX的Falcon 9,从2015年首次尝试回收,到2016年实现首次成功,经历了4次失败;Blue Origin的New Shepard,也经历了多次试验才实现稳定回收。对于中国航天来说,朱雀三号的失败,只是“从0到1”后的“从1到10”的必经之路。
张晓东表示,后续团队会做三件事:一是分析残骸数据,找出异常的根本原因;二是优化最后点火阶段的设计,比如调整燃料供应系统,提高姿态控制的精度;三是减轻箭体的不必要重量,提高重复使用的效率。这些措施,将让朱雀三号的下次飞行更接近“成功”。
更重要的是,朱雀三号的尝试,让中国航天对“重复使用火箭”有了更深刻的理解:重复使用不是“回收箭体”那么简单,而是从设计、制造、试验到飞行的全流程优化。比如,液氧甲烷发动机的重复使用次数,目前设计目标是10次以上,而通过这次飞行,团队可以验证发动机的实际寿命,调整维护流程。
朱雀三号的首飞,不是“成功”或“失败”的二元判断,而是中国重复使用火箭技术的“关键里程碑”。它让我们看到了国内在入轨级回收、不锈钢箭体、液氧甲烷燃料等领域的突破,也让我们更清楚“需要优化的细节”。对于航天爱好者来说,这次任务的价值,在于为中国航天的“重复使用时代”拉开了序幕——而“失败”,只是序幕中的“小插曲”。
未来,随着朱雀三号的迭代,我们可能会看到更稳定的回收、更低的发射成本,甚至是“每周一次”的发射频率。而这一切,都始于今天的“第一次尝试”。
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