2023 年7 月12 日早上9 時,位于大漠深處的酒泉衛(wèi)星發(fā)射基地液氧甲烷發(fā)射工位,一個纖巧的身影從發(fā)射架上騰空而起,在升騰的煙霧中如離弦之箭沖入云霄。在火箭發(fā)射指揮控制中心內,所有工作人員的目光都目不轉睛地注視著它拖著尾焰,消失在藍色天際中。不久,一句 “朱雀二號發(fā)射成功”的宣布聲猶如一顆炸雷,打破了這略顯壓抑的寧靜,熱烈的鼓掌聲響徹整個控制室。
在這個驕陽似火的夏日,這枚名叫“朱雀二號”遙二的中型運載火箭絕對是酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心最亮的明星。它是我國民營航天企業(yè)“藍箭航天”的得意之作。從點火到成功將衛(wèi)星送入預定軌道,“朱雀二號”用了760.88 秒的時間。而這760.88 秒的背后,則是從2023 年7 月6 日火箭完成轉運與起豎工作至今100 多個小時的奮戰(zhàn),是2023 年5 月4 日火箭從嘉興的火箭制造基地出征后至今67 個日夜的努力,更是從2022 年12 月14 日朱雀二號遙一號火箭發(fā)射失敗后至今長達7 個月的日夜等待。
49.5 米的身高,219 噸的起飛質量,朱雀二號作為一款中型運載火箭,乍一看上去并無多少亮眼之處,但實際上,朱雀二號在國內外商業(yè)航天界絕對是一款劃時代的產品。它是世界首款成功發(fā)射入軌的液氧甲烷運載火箭。
從原理上來講,火箭實際就是利用自身攜帶的推進劑發(fā)生反應,產生高速噴射的熱氣流來推進的動力裝置。對于以空間運輸為主要任務的運載火箭而言,其發(fā)動機有四種主流推進劑方案可供選擇:固體燃料、四氧化二氮/偏二甲肼、液氧煤油和液氧液氫。
首先是固體推進劑方案,這應該算是歷史最悠久的火箭動力燃料了,古代用黑火藥作為燃料的原始火箭就屬于固體火箭的一種。這種推進劑的優(yōu)點是易于長期貯存,能夠應對突發(fā)情況,技術簡單等。但短板也是非常明顯,比如比沖小、推力不可調等。這里就涉及到一個關鍵概念:比沖,即單位推進劑的量所產生的沖量,單位是秒(s)??梢岳斫鉃橐粋€單位質量的推進劑產生一個單位的推力能夠持續(xù)的時間,這是衡量火箭發(fā)動機動力的重要參數,一般而言,比沖值越大,就表明火箭的動力性能越優(yōu)越。
如今主流的運載火箭的主發(fā)動機基本都是采用液體推進劑方案,與固體推進劑不同,這類方案中推進劑分為液態(tài)燃料和液態(tài)氧化劑兩類,他們在運載火箭發(fā)動機上一般是分別貯存在兩個空間中,在進入燃燒室后激烈反應后產生推力。在所有液體推進劑方案中,液氧是最為悠久的氧化劑,1926 年人類歷史上第一枚液體燃料火箭就使用了液氧(氧化劑)+汽油(燃料劑)的方案,同時也是最為高效廉價的氧化劑,很多主流運載火箭的主力發(fā)動機都采用液氧為氧化劑,不同是與之搭配的燃燒劑。這其中液氧+煤油、液氧+液氫是應用最廣泛的搭配方案。