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标题: 国外媒体为何如此关注朱雀二号发射败北？殊不知中国差点创造历史 [打印本页]

作者: 梧月 时间: 2023-5-20 08:00
标题: 国外媒体为何如此关注朱雀二号发射败北？殊不知中国差点创造历史
12月20日，朱雀二号首飞败北。
本来，就“运载火箭发射”本身的难度来说，发射乐成或失败，都有可能。但对于此次“朱雀二号发射败北”，西方媒体和很多国外航天爱好者却体现出格外地关注。
太空新闻网标题总体还算中肯，说“中国民营甲烷燃料火箭历史性初次发射以失败告终”；彭博社则开始明里暗里“拉偏架”，说“中国初创公司希望甲烷动力火箭能击败SpaceX进入轨道”……
朱雀二号为何如此受关注？机密就藏在这些标题里——朱雀二号不仅仅是中国民营航天初次发射的液体火箭，更是环球首个发射的液氧甲烷火箭！

朱雀二号
液氧甲烷火箭早已是业内公认的“航天风向标”。如果朱雀二号首飞乐成，无疑将创造历史！
液氧甲烷火箭，航天业新宠儿

研究液氧甲烷火箭的，远不止朱雀二号。SpaceX的猛禽2号发动机、蓝色劈头的BE-4发动机，都是个中代表。
航天巨头为何纷纷转向液氧甲烷火箭研发？真要细说，这应该是一部“火箭燃料进化史”。
根据所用燃料形态不同，火箭可以分为固体燃料火箭和液体燃料火箭两大类。
固体燃料火箭主要用的是预先混合加注的固体推进剂，发射前的准备周期短、反应敏捷，比较适合提供短期大推力时使用。不过，由于固体燃料火箭的工作时间较短、加速度大不好控制、重复启动困难，在实际的火箭发射中，越来越少见了。
现在，我们见得最多的，是液体燃料火箭。

和固体燃料火箭相比，液体燃料火箭的总体运载本领强、可控性更高，整体技能目前也趋于成熟。如果说尚有什么是液体燃料火箭努力的方向，“发动机燃料选择”就是其中之一。
我们先来看看最常见的液氢液氧组合。
这个组合是目前液体燃料火箭发动机燃料组合中比冲最高的。而“比冲”是用于衡量火箭或飞机发动机服从的重要物理参数，比冲越高，意味着发动机服从越高、单位重量的推进剂产生的推力越大。
正确点说，这个组合的比冲不是“最高”，是“无与伦比的高”。按照维基百科数据，液氢液氧的真空比冲能达到455秒，而液氧火油的真空比冲仅能接近360秒。
当然，这种“无与伦比的本领”也需要代价。有航天爱好者曾调侃液氢液氧火箭，说它：又贵又胖。
一方面，液氢和液氧的沸点和凝固点不同，所需的储存条件比较苛刻。要实现二者用不同温度储存，就得砸钱；另一方面，液氢的密度太小了，只有70.85千克/立方米。要知道，水的密度但是1000千克/立方米。如此一来，想装下足够飞行的液氢，火箭的总体计划就逃不出一个“胖”。
说到这儿，你能明白为什么我们把用液氢液氧做芯级动力的长征5号称作“胖5”了吧？

胖5
除了液氢液氧，尚有一个液氧火油组合。刚刚提过，液氧火油的理论真空比冲仅能接近360秒，性能固然差一些，但它胜在便宜、实惠，性价比高——火油可以在接近液氧的温度储存，不消像液氢液氧那样搞两套储存方案“砸钱”。同时，火油的密度可以凌驾1100千克/立方米，储存空间也比液氢小了不少。
唯一需要考虑的是，火油的含碳量比较高，发动机积碳征象会比较严肃，不利于重复使用。但综合来看，如果只是发射低轨道卫星，它还是可以拼一拼“性价比之王”。

液氧火油组合的猎鹰9号火箭
除了上述两种，尚有一个四氧化二氮+偏二甲肼组合。
四氧化二氮+偏二甲肼组合的理论真空比冲略低于火油，其最大的特点是：常温燃料。也就是说，不消点火，把这两个混合在一起就能直接燃烧发力。
是不是以为这个组合还挺方便？但还得考虑一点，四氧化二氮和偏二甲肼都是剧毒的致癌物，燃烧不充分产生的四氧化二氮残留物也有剧毒和强腐蚀性。业内黑话“毒发”说的就是这个。
看到这里，其实就能理解为什么液氧甲烷组合能杀出重围了。
从功能上看，液氧甲烷的理论真空比冲接近370秒，略高于液氧火油；
从两种燃料的组合上看，液氧和甲烷之间的温差较小，甲烷本身的密度也不低，不会像液氢液氧那样又贵又胖；
从燃烧发射上看，它既不像四氧化二氮+偏二甲肼那样有剧毒，也不像液氧火油那样燃烧后会有严肃的积碳问题，可以重复使用。
如许的组合，也难怪是各国争抢的重点。
各国争抢，发动机计划很重要

前面也提到了，研究液氧甲烷火箭的，不止我们。
各国发力的关键之一，就在于液氧甲烷发动机的循环布局计划。
从公开资料来看，目前的液氧甲烷发动机循环布局总体可以分为：开式循环（燃气发生器循环）、闭式循环（富氧）、闭式循环（富燃）、全流量（分级燃烧循环）4种。

通常情况下，液体火箭发动机都会配有一个预燃室。预燃室之所以存在，是为了先燃烧一部分燃料，推动涡轮泵将燃料和氧化剂挤到燃烧室，进而驱动发动机运转。

开式循环是直接将预燃室内燃烧产生得废气直接排放到表面。如许的计划固然简朴，但却容易造成燃烧室温度过高，有破坏涡轮叶片的风险。
相比之下，闭式循环（富燃）在肯定程度上办理了这个问题。它给预燃室配备的燃料更多、氧化剂更少，使用那些不能完全燃烧的燃料平衡预燃室温度。唯一的缺点是：浪费燃料。而且，在用液氧火油组适时，会产生结焦征象。
反过来，预燃室中的燃料少一些，氧化剂多一点，就是闭式循环（富氧）。它在肯定程度上办理了液氧火油产生的结焦问题，但燃料充分燃烧会使整体温度会非常高，对相关质料的选择上提出了更高的要求。

使用开式循环的梅林发动机
全流量分级燃烧应该可以算得上是目前最“完满”的办理方案。它直接设有两个预燃室，一个富氧、一个富燃。属于是让两种循环方式直接优劣互补了。但这种方式对技能要求非常高，放眼环球，暂时也只有“猛禽”全流量循环发动机投入使用了。

朱雀二号
据公开资料，此次的朱雀二号发动机，用的是开式循环模式。
不过，开式循环可能导致的温度过高问题，未必就是此次发射失败的缘故原由。
官方消息称：朱雀二号的火箭一级、二级主机飞行正常，二级游机工作非常，发射任务败北。具体缘故原由仍在进一步分析排查。
长征五号运载火箭总计划师李东也表示，像这种大型低温火箭，在环球首飞的乐成率只有50%。作为环球首飞的民营液氧甲烷火箭，朱雀二号当得起一句：虽败犹荣。

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