中国航天再传捷报。8月19日,蓝箭航天朱雀三号遥二运载火箭起飞约137秒后一二级正常分离,二子级将鸿鹄03星精准送入预定轨道,一子级则相继完成高空调姿、再入点火减速、超音速气动滑行、著陆段动力减速全流程,最终在甘肃民勤回收场完美落地,成为国内首款采用著陆腿方案实现陆地回收的轨道级火箭。
这是中国民营企业首次实现轨道级火箭一级陆地回收,也是继今年7月10日长征十号乙海上网系回收后,中国可重复使用运载火箭领域的又一里程碑。此前,马斯克就对朱雀三号有过有望超过猎鹰9号的评价,那么,此次朱雀三号的成功回收,到底意味著什么?

▲马斯克评论截图
对于朱雀三号,不少人根据其一级9机并联布局、栅格舵气动控制,以及著陆腿垂直回收的外部特征,就认为它就是中国山寨版的猎鹰9号,但实际上,两者差别还是比较大的。猎鹰 9号采用梅林液氧煤油发动机,技术成熟、推力密度高,但煤油燃烧易产生积碳,发动机每次回收后都需要拆解清洗、检测翻修,复用周期长、维护成本高,而朱雀三号采用的是液氧甲烷路线,由于液氧甲烷燃料燃烧几乎无积碳,避免了传统液氧煤油发动机复用前必须拆解清理燃烧产物的麻烦,更适合高频发射。

▲朱雀三号运载火箭(图源自蓝箭航天官方微博)
再者,猎鹰9号采用的是传统的铝锂合金箭体,轻量化性能好,但耐高温能力有限,再入段需要额外的热防护设计,且多次复用后的金属疲劳问题更突出。朱雀三号则直接一步到位采用不锈钢箭体,这也是国内运载火箭首次采用不锈钢作为主结构材料,这虽然导致箭体干重略有增加,但与铝锂合金箭体相比,成本要低得多,且耐高温、抗结构疲劳性能更强,更适用可复用火箭的多次热冲击与著陆冲击的使用场景。而且,不锈钢材料的重复利用率要远高于铝合金,箭体制造成本大幅降低,更适配高频次、低边际成本的复用目标,这一点是向SpaceX星舰看齐的。此外,这两者的气动设计也不同,猎鹰9号的气动设计相对传统,主要依靠栅格舵完成再入段姿态控制,朱雀三号则像SpaceX星舰那样增加了边条翼,并采用了流线型著陆腿外罩,用于优化再入段的升阻比,减少返程燃料消耗,降低运力损失。所以说,朱雀三号应该算是在参考猎鹰9号成熟型号的基础上,搭载了星舰级的下一代复用技术的产品。

▲朱雀三号边条翼设计(图源自蓝箭航天官方微博)
需要注意的是,此次任务中的朱雀三号遥二并不是全状态构型,根据蓝箭航天2023年发布的设计指标,全状态朱雀三号其实全长76.6米,一级搭载9台天鹊12B液氧甲烷发动机,一次性近地轨道运力21.3吨,一级设计复用次数不低于20次。而遥一、遥二均为验证构型,全长66.1 米,一级采用天鹊12A发动机,主要用来验证回收全流程技术,为后续迭代打基础。
去年12月,朱雀三号遥一就已经首飞,当时入轨环节全程顺利,却在回收阶段著陆点火出现异常燃烧,箭体坠毁在场坪边缘,距离回收成功只差临门一脚。针对这一故障,蓝箭团队对着陆动力方案进行了优化,通过减少著陆段点火的发动机数量,降低系统复杂度与控制难度,从而提升了回收段可靠性。他们还重新设计了著陆段制导算法与发动机推力调节策略,解决了燃烧稳定性问题。同时,他们还提高了发动机比冲,使火箭运载能力同步提升。此外,他们还对着陆腿系统进行了全工况可靠性验证,通过跌落试验、展开锁定试验,确保触地缓冲环节万无一失。正是这些针对性的迭代,才有了后来朱雀三号遥二的成功回收。

▲朱雀三号运载火箭(图源自蓝箭航天官方微博)
不过,这次回收成功只是可复用火箭的第一步,因为能回来并不等于能低成本复用。要想达到常态化商业复用的水平,朱雀三号至少还要跨过三道关口。首先就是复飞验证与复用标准体系的搭建。按照蓝箭航天的规划,将争取在今年第四季度完成首次回收箭体的复飞试验,但目前国内还没有运载火箭复用检测、寿命评估、放行标准的行业规范,一枚火箭一级包含 9 台发动机、上万个零部件,经历过超音速再入的高温、剧烈振动与著陆冲击后,哪些部件属于一次性耗材,哪些部件可以重复使用,寿命边界是多少次,都需要从零开始搭建。朱雀三号总指挥戴政也公开表示,初期一子级可能只能复用2到3次,设计指标的20次复用,还需要多轮飞行持续迭代才能逐步实现。

▲朱雀三号运载火箭(图源自蓝箭航天官方微博)
其次是经济性还有待验证。可回收火箭为了实现返回,火箭要牺牲一部分运力,回收、运输、检测、维修也会产生额外支出,只有复用次数足够多、翻修成本足够低、周转速度足够快,才能把一次性的制造成本摊薄到低于传统一次性火箭的水平。根据蓝箭的测算,同一枚一级复用5次,单次发射成本可降低约45%;复用次数达到20次,单次成本才能接近边际成本,最终实现每公斤发射费用2万元以下的目标。猎鹰9号也是在实现复飞后,又经过了五六年的持续迭代,才真正实现复用的经济性。

▲朱雀三号运载火箭(图源自蓝箭航天官方微博)
最后是商业化与高频发射的规模化验证。对于蓝箭航天来说,回收成功大幅提升了技术路线的确定性,但距离实现盈利仍有距离。2025年蓝箭航天尚处于亏损阶段,预计最早也要到2029年才能实现盈利。当前朱雀三号单发发射服务收入约1.5亿元,只有靠足够高的发射频次,叠加复用带来的成本下降,才能逐步扭亏为盈。好在国内低轨卫星互联网建设正进入密集组网期,GW星座、千帆星座等规划部署上万颗卫星,对大运力、低成本发射服务存在刚性需求,朱雀三号也已入选中国星网核心供应商名单,所以,后续批量组网订单肯定会检验朱雀三号的复用商业价值。

▲朱雀三号运载火箭(图源自蓝箭航天官方微博)
站在中国航天的角度来看,朱雀三号回收成功的意义是远超单一型号本身的。因为它第一次证明了中国民营企业有能力独立攻克轨道级可回收火箭这一顶尖技术,打破了重型液体火箭只能由国家队主导的刻板印象,为中国的商业航天注入了更强的信心。40天前成功的长征十号乙,采用的是海上网系捕获方案,更适配大型运载火箭的回收需求,朱雀三号的陆上著陆腿回收,则是当前商业化复用最成熟的方案,更适配高频次商业发射,它与长征十号乙形成技术路线互补,让中国成为全球唯一一个同时掌握两种主流回收方案的国家,在可复用火箭领域彻底站稳了脚跟。
更长远来看,朱雀三号上应用的工程技术成熟,不仅会持续降低进入太空的成本,支撑中国卫星互联网、太空旅游等新产业落地,还会带动上游航天材料、高端制造、航电系统等全产业链的技术升级,为中国下一代运载工具的研发积累宝贵的工程经验。对中国航天而言,更漫长的商业化征途,才刚刚开启。
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