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马斯克最想要火箭在中国? 朱雀三号回收成功: 万亿级市场即将开启!

朱雀三号回收成功,从返回、减速到稳稳着陆,整个过程无比丝滑,连拿着放大镜都找不到喷点。前不久的网系回收成功,这次是支腿回

朱雀三号回收成功,从返回、减速到稳稳着陆,整个过程无比丝滑,连拿着放大镜都找不到喷点。前不久的网系回收成功,这次是支腿回收成功!中国已经是集两种回收方式于一身的超级大佬了,如果再搞定“筷子回收”,那就可以召唤神龙了哈!

在8月19日的社交媒体舆论中,有网友声称朱雀三号才是马斯克最想要的火箭,集中了猎鹰9号与星舰的优点。然而也有网友指出,中国回收火箭还有几件大事要解决。当然,更有网友认为,中国即将开启一个万亿级的回收火箭发射市场!

马斯克最想要的火箭在中国?朱雀三号回收成功:还有哪些问题待解决?

8月19日,北京商业航天企业蓝箭航天自主研制的朱雀三号遥二运载火箭在东风商业航天创新试验区发射升空,火箭一子级按预定程序成功着陆于甘肃省民勤县朱雀三号着陆场坪!与之前的网系回收不一样,这次的朱雀三号遥二火箭使用的是着陆支腿垂直软着陆回收。

这种回收方式不需要提前准备复杂的着陆场,在一级火箭分离点的抛物延长线上设置一块着陆地即可。如果在海上发射,也可以使用海面着陆场或者返回发射地,前者需要驳船支持,后者则需要保留更多返航的燃料,但对着陆场的要求也比网系回收要更低!

两者的差异在于:网系回收着陆地准备比较复杂,但可以节省大约2吨级甚至更高的发射质量;着陆支腿与液压系统这套设备就要1至2吨多,且会随火箭重量变化而变化。如果用网系回收可以增加2吨的发射质量,按每千克万美元算,这就是2000万美元的价值。

马斯克最想要的火箭在中国?

8月19日社交媒体中有一个比较炸裂的观点,认为朱雀三号才是马斯克最想要的火箭,原因很简单:朱雀三号集中了猎鹰9号与星舰的优点于一身。其主要有两个观点:

猎鹰9号火箭大小合适,是商业卫星发射的王牌火箭,但是液氧煤油发动机结焦很严重,复用清理成本很高,导致回收火箭成本偏高;星舰燃料是液氧甲烷,燃料非常合适,但这种巨型火箭要凑上一次商业发射需要攒很久,发射一次成本极高,一旦失败损失惨重。

朱雀三号火箭一级是9台液氧/甲烷的天鹊-12A发动机,二级是1台天鹊-15A真空液氧甲烷发动机,起飞质量570吨,一次性入轨载荷11.8吨,航区返回入轨8吨。

从可回收角度来看,液氧甲烷的确具有无可替代的优势。猎鹰9号火箭的一级火箭发动机Merlin-1D++使用的是液氧煤油,采用燃气发生器循环(开式循环),预燃室(涡轮泵)用的是富燃模式,也就是燃烧时煤油多氧气少。

这个在发射时开式循环黑烟滚滚也能看出来。选择这个模式是为了降低涡轮泵的温度。其实富氧燃烧也能降低温度,但富氧模式对涡轮泵叶片腐蚀太强,所以Merlin-1D++宁愿选择黑烟滚滚的富燃燃烧也不选富氧,因为富氧对回收多次利用极度不利。

这个黑烟滚滚就是煤油没有完全燃烧的炭黑颗粒,在排出的同时会在涡轮泵燃气发生器、涡轮叶片、涡轮泵流道上沉积,形成积碳。另一个是液氧煤油在主发动机燃烧室内燃烧后也会产生积碳,沉积在喷管的喉部。这些积碳问题还挺严重:

叶片表面积碳改变气动外形,破坏动平衡,诱发振动;积碳剥落,硬质碳颗粒打伤涡轮叶片;堵塞涡轮冷却小孔、间隙,改变涡轮效率。

SpaceX会用内窥镜伸入燃气发生器-涡轮腔,观察叶片积碳、裂纹;超声波检查涡轮部件损伤,初步评估状态,然后用专用溶剂、高压流体冲洗燃气发生器与涡轮泵内部,去除松散烟炱。如果是硬结焦无法清除,则需要拆下涡轮泵总成更换备件模块,换下的涡轮泵完全拆解、喷砂清理等。

发动机喷管部位有再生冷却管路,因为会通过煤油冷却,高温也会导致管路内煤油裂解结焦,另外还有发动机喷管喉部等都是不容易清理的地方。不过相比之下,涡轮泵是结焦的重灾区,每次清理都是不小的工程,这也是猎鹰9号火箭回收相对比较麻烦的地方。

甲烷属于气态燃料,也是天然气的主要成分,燃烧后几乎不产生炭黑。甲烷分子简单,裂解很难生成坚硬积碳,燃气发生器出来基本只有少量烟灰;回收后大多只做检查,几乎不需要专门除碳工序。

朱雀三号的TQ-12A发动机使用的也是开式循环,同样是富燃模式,但在甲烷燃烧模式下几乎不产生硬质积碳,涡轮没有碳结焦问题,大幅降低了复用检修压力。液氧/煤油也能回收复用,但在高频、大批量反复复用的情况下,从原理上来看不如液氧甲烷友好。

从这个角度来看,朱雀三号确实有优势。不过各位也别高兴太早,甲烷的密度低、体积大,相对而言要比煤油火箭略低,也就是需要更大的液氧与甲烷储箱才能达到相同的载荷,其结果就是体积更大,起飞总质量也更大。

目前的朱雀三号基础型起飞质量570吨,一次性(不回收)LEO@450km载荷是11.8吨,航区回收(一级降落在民勤戈壁,遥二就是该模式)LEO@450km载荷是8.0吨。

相比之下,猎鹰9号Block5起飞质量549吨,450km LEO轨道一次性是22.8吨,海上驳船航区回收17.5-18吨,陆地返场回收约13-14吨,两者数据差不少。

不过朱雀三号改进型使用TQ-12B发动机,起飞质量660吨,一次性不回收载荷21.3吨,航区回收18.3吨,返场回收12.5吨。这载荷与猎鹰9号差不多,但起飞质量多了110吨左右,这就是甲烷体积增加后,结构重量也增加了,要达到相同的载荷就需要更多的燃料和更大推力的发动机。

这是选择了甲烷后必须要付出的代价。不过液氧甲烷可以通过分级燃烧循环增加比冲、加大推力,在荷载比上从12-18%缩小到5-10%。虽然要反超液氧煤油机基本不太可能,但是这也足够了,毕竟在回收火箭的积碳结焦处理上占了便宜。

另一个是液氧甲烷燃料取得比较容易,甚至可以生物制取。另外在火星上也可以使用火星大气层中的二氧化碳,通过萨巴蒂尔反应生成甲烷与水,然后电解得到氧,也就是说可以自产燃料而不需要从地球带过去。甚至在土卫六上就有甲烷湖泊,这个优势是其他燃料不具备的!

朱雀三号回收成功,中国万亿级回收火箭发射市场即将开启

朱雀三号回收成功,最利好的就是目前正在快速组网中的“千帆星座”。这是中国正在建设的近地轨道互联网星座,其原理和功能与SpaceX的星链差不多,也是属于能保证中低维度全球任何无遮挡的地表通信的星座。

两者有一点不一样的是,千帆星座的轨道略高,卫星数量也要少一些。星链完全部署超过4万颗卫星,而千帆星座全部部署则是1.5万颗左右。另外千帆星座与星链最大的不同是,目前星链只是一个纯通信星座,而千帆星座则能兼具导航增强、轻量化遥感、星上边缘算力以及国密安全加密。

另外千帆星座还能直接接入国内5G核心网,普通存量5G手机不用改装硬件即可实现卫星直连,地面蜂窝网络与卫星网络无缝切换。星链手机直连需要专门改造的卫星终端,现有普通手机无法直接使用。千帆星座还为未来6G预留了频谱资源。

如此优秀的一个近地轨道互联网星座,目前就是因为运载火箭的问题,严重制约了组网速度。千帆星座的一期建设需要发射1296颗,计划在2027年底前完成。这1000多颗卫星2年发射完毕,看起来是个很不错的数据,但要知道SpaceX在2025年一年就发射了3180至3200颗卫星,所以差距不是一星半点!

其原因当然是SpaceX有可回收使用的猎鹰9号火箭。目前发射千帆星座的火箭是长征六号甲、长征八号以及长征八号甲和长征十二号乙等一次性火箭,成本高、速度慢,严重拖累了千帆星座的卫星组网发射。

千帆星座卫星用朱雀三号发射是最优选择之一

千帆星座卫星单星质量240-285千克,使用多组数字相控阵天线,工作在Ku、Q/V高频段,面向未来6G通信。供电为可折叠的平板式、单块大柔性太阳翼,设计寿命7年,寿命末期可以主动离轨,降低太空垃圾风险。

千帆星座卫星使用近极轨SSO(太阳同步)轨道,轨道高度1050-1080千米,轨道倾角89°,具备极地覆盖能力,也就是说全球地表无遮挡地区全覆盖。星间激光链路吞吐量100Gbps,卫星之间可直接转发数据,不完全依赖地面信站。

千帆星座卫星使用氪气工质霍尔效应电推进,推力约20mN,比冲1385s,用于入轨抬升、轨道维持、位置保持、离轨降轨等。千帆星座的卫星单星成本大约1000万人民币,比星链都要高一些,主要还是增加了导航增强、遥感、星上算力、国密加密等额外载荷这些“既要又要”的设备。同时目前千帆星座还未进入流水线+超大规模量产状态,成本一时还降不下来。

朱雀三号的整流罩直径达到了5.2米,千帆星座卫星一次能装下18颗,如果是该机型则至少能装20颗,并且载荷还只达到了60%而已。如果结构允许的话,整流罩还能加大一点,不过这个需要综合验证,不是想加大就加大的。

朱雀三号是千帆后续大规模组网的重点备选复用火箭!所以朱雀三号这条回收火箭的路子一旦走通,未来千帆星座将进入快速组网期!

当然,未来能发射千帆星座的远不止朱雀三号。国内正在突破的私营可回收火箭不少,除了朱雀三号还有天兵科技的天龙三号、星际荣耀的双曲线三号、星河动力的智神星一号和中科宇航的力箭二号。另外还有国家队的长征十二号乙与长征十号乙。

这么多可回收火箭,是不是担心没活干?其实不用担心。千帆星座1.5万颗,中国星网GW星座1.3万颗,组网期高密度发射,每年2000颗可以干14年。干完了还有补网,卫星寿命7年,每年还有4000颗卫星需要补网发射。这些都是实打实的发射需求,所以未来不是没活干,而是谁干的活又便宜质量又好。

各位可以简单计算下,未来每年发射4000颗卫星的市场规模是多大?加上卫星制造以及相关产业链,万亿级估计都算少了!按中国的一般套路,这种卫星发射的路子一旦走通就会极大地降低成本。据社交媒体上估计,中国的发射成本差不多能干到2万元人民币/公斤,大概是3000美元不到点,比SpaceX还要低。要不是美国有那个禁止中国发射含有美国零部件卫星的条款,估计以后的SpaceX也要被中国制造给干翻!