在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心，戈壁灘的風沙見證著無數(shù)航天人的汗水與歡呼，記錄著中國航天一步一步向前的點滴。日前，藍箭航天空間科技股份有限公司（以下簡稱藍箭航天）自主研發(fā)的朱雀三號可重復使用垂直起降回收驗證火箭（以下簡稱試驗箭）在這里點火升空。1分鐘后，火箭從三百多米的高空垂直返回，著陸平穩(wěn)，落點準確，狀態(tài)良好，國內(nèi)起飛規(guī)模最大垂直起降試驗箭試驗成功。
沉淀積累可復用火箭研制經(jīng)驗
“如果說可復用火箭的研制是一段長跑，那么對藍箭航天來說，研制一子級垂直回收試驗箭就是我們邁出的第一步。”朱雀三號可復用火箭型號副總師董鍇說。
2023年12月，藍箭航天朱雀二號遙三液氧甲烷運載火箭在酒泉發(fā)射中心圓滿完成發(fā)射任務(wù)，將三顆商業(yè)衛(wèi)星順利送入預定軌道。朱雀二號成為全球首款連續(xù)、穩(wěn)定發(fā)射成功的液氧甲烷運載火箭。當天，藍箭航天正式發(fā)布了下一代可重復使用液氧甲烷運載火箭——朱雀三號。
“朱雀三號的動力系統(tǒng)采用我們自主研制的天鵲系列液氧甲烷發(fā)動機。其中，一子級配備9臺海平面推力1000kN的天鵲12B發(fā)動機，一子級設(shè)計復用次數(shù)不少于20次……”在藍箭航天創(chuàng)始人兼董事長張昌武的介紹下，朱雀三號的“模樣”逐漸清晰，并正式進入公眾視線。其實，對于藍箭航天來說，在大型液氧甲烷可重復使用火箭這條道路上，他們早已踏上征程。
2021年底，在外界眼中，藍箭航天將全部的精力放在朱雀二號的首飛上。但就在這時，董鍇接到一個新任務(wù)，即開始一子級垂直回收試驗箭的研制。董鍇回憶道：“試驗箭的研制可以被看做藍箭航天在復用火箭技術(shù)工程探索上邁出的關(guān)鍵一步。”
對這樣一個具有探索創(chuàng)新性質(zhì)的項目，藍箭航天管理層在明確預期目標和預算范圍后，給予了研制團隊極高的設(shè)計自由權(quán)限和試錯空間。這個項目也一定程度上為日后朱雀三號的研制提供了經(jīng)驗。
“從一開始，試驗箭的定位就是跨過小噸位的原理樣機，直接采用與最終入軌箭一樣的全尺寸大推力發(fā)動機進行火箭垂直返回關(guān)鍵技術(shù)的驗證。事實上，只有通過這種方式取得的驗證結(jié)論，才具有實際的工程應(yīng)用價值。而彼時的藍箭航天得益于朱雀二號研制的積累，已經(jīng)具備扎實的技術(shù)基礎(chǔ)。80噸級的天鵲液氧甲烷發(fā)動機已經(jīng)完成多次地面試車考核，酒泉自建的發(fā)射場系統(tǒng)也已竣工并全面投入使用。”董鍇說。
多項創(chuàng)新技術(shù)護航試驗任務(wù)
相較于以往火箭的點火、上升，試驗箭需要多完成一個環(huán)節(jié)——平穩(wěn)落地。
藍箭航天火箭研發(fā)部控制仿真工程部總監(jiān)鐘友武說：“順利落地需要考慮到很多方面的問題，包括控制返回過程中燃料的消耗量盡可能少，并控制火箭在落地瞬間的飛行速度、高度和姿態(tài)的精度同時滿足平穩(wěn)著陸的要求。這些都是試驗箭需要驗證的關(guān)鍵技術(shù)。”
對于商業(yè)航天企業(yè)來說，成本可控是火箭高頻次發(fā)射的基本要求。在控制成本的同時，保證技術(shù)方案的可靠性也是試驗箭的主攻方向。在箭體結(jié)構(gòu)材料選擇上，團隊經(jīng)過多次討論，最終選擇了國內(nèi)火箭領(lǐng)域尚未涉足的不銹鋼材料。
鐘友武介紹：“不銹鋼是我們生活中常見的材料，具有高強度、耐高溫、抗腐蝕的特性。不銹鋼的廣泛使用代表了箭體結(jié)構(gòu)材料的工藝體系更為成熟、配套成本更為低廉，能夠有效解決火箭結(jié)構(gòu)的產(chǎn)能問題，從而進行更高效率的迭代。相比傳統(tǒng)箭體結(jié)構(gòu)材料鋁合金，不銹鋼箭體結(jié)構(gòu)可以大幅降低火箭的制造成本，縮短生產(chǎn)周期。耐高溫的特性使它在火箭多次返回、重復使用上具有突出的優(yōu)勢。”
團隊立足多年的技術(shù)積累，針對可復用火箭需求，開展了多項創(chuàng)新。據(jù)介紹，在已實現(xiàn)朱雀二號火箭連續(xù)成功入軌驗證的天鵲12發(fā)動機基礎(chǔ)上，試驗箭發(fā)動機增加了多次起動和深度變推功能，并進一步提升了推力和可靠性；采用具備兩級緩沖功能的著陸支腿設(shè)計，滿足朱雀三號可重復使用一子級40噸級著陸質(zhì)量的緩沖需求；采用低空制導、調(diào)推控制和軟著陸關(guān)機策略，可精準控制火箭飛行速度和高度以達到軟著陸要求。
此次試驗任務(wù)的圓滿完成，驗證了藍箭航天可重復使用液氧甲烷火箭一子級垂直回收總體方案的正確性，大范圍變推力液氧甲烷動力系統(tǒng)方案，火箭控制系統(tǒng)與發(fā)動機調(diào)推特性的匹配性。此外，這次任務(wù)同時驗證了火箭著陸段制導與控制方案的正確性，火箭軟著陸緩沖機構(gòu)工作性能，以及可重復使用火箭測發(fā)、回收和后處理流程的正確性。
在這次試驗任務(wù)中，研究人員還獲取了朱雀三號可重復使用液氧甲烷火箭關(guān)鍵技術(shù)的核心試驗數(shù)據(jù)。這些都為后續(xù)關(guān)鍵技術(shù)驗證、實現(xiàn)火箭可重復使用，積累了寶貴的經(jīng)驗。
在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心，戈壁灘的風沙見證著無數(shù)航天人的汗水與歡呼，記錄著中國航天一步一步向前的點滴。日前，藍箭航天空間科技股份有限公司（以下簡稱藍箭航天）自主研發(fā)的朱雀三號可重復使用垂直起降回收驗證火箭（以下簡稱試驗箭）在這里點火升空。1分鐘后，火箭從三百多米的高空垂直返回，著陸平穩(wěn)，落點準確，狀態(tài)良好，國內(nèi)起飛規(guī)模最大垂直起降試驗箭試驗成功。
沉淀積累可復用火箭研制經(jīng)驗
“如果說可復用火箭的研制是一段長跑，那么對藍箭航天來說，研制一子級垂直回收試驗箭就是我們邁出的第一步。”朱雀三號可復用火箭型號副總師董鍇說。
2023年12月，藍箭航天朱雀二號遙三液氧甲烷運載火箭在酒泉發(fā)射中心圓滿完成發(fā)射任務(wù)，將三顆商業(yè)衛(wèi)星順利送入預定軌道。朱雀二號成為全球首款連續(xù)、穩(wěn)定發(fā)射成功的液氧甲烷運載火箭。當天，藍箭航天正式發(fā)布了下一代可重復使用液氧甲烷運載火箭——朱雀三號。
“朱雀三號的動力系統(tǒng)采用我們自主研制的天鵲系列液氧甲烷發(fā)動機。其中，一子級配備9臺海平面推力1000kN的天鵲12B發(fā)動機，一子級設(shè)計復用次數(shù)不少于20次……”在藍箭航天創(chuàng)始人兼董事長張昌武的介紹下，朱雀三號的“模樣”逐漸清晰，并正式進入公眾視線。其實，對于藍箭航天來說，在大型液氧甲烷可重復使用火箭這條道路上，他們早已踏上征程。
2021年底，在外界眼中，藍箭航天將全部的精力放在朱雀二號的首飛上。但就在這時，董鍇接到一個新任務(wù)，即開始一子級垂直回收試驗箭的研制。董鍇回憶道：“試驗箭的研制可以被看做藍箭航天在復用火箭技術(shù)工程探索上邁出的關(guān)鍵一步。”
對這樣一個具有探索創(chuàng)新性質(zhì)的項目，藍箭航天管理層在明確預期目標和預算范圍后，給予了研制團隊極高的設(shè)計自由權(quán)限和試錯空間。這個項目也一定程度上為日后朱雀三號的研制提供了經(jīng)驗。
“從一開始，試驗箭的定位就是跨過小噸位的原理樣機，直接采用與最終入軌箭一樣的全尺寸大推力發(fā)動機進行火箭垂直返回關(guān)鍵技術(shù)的驗證。事實上，只有通過這種方式取得的驗證結(jié)論，才具有實際的工程應(yīng)用價值。而彼時的藍箭航天得益于朱雀二號研制的積累，已經(jīng)具備扎實的技術(shù)基礎(chǔ)。80噸級的天鵲液氧甲烷發(fā)動機已經(jīng)完成多次地面試車考核，酒泉自建的發(fā)射場系統(tǒng)也已竣工并全面投入使用。”董鍇說。
多項創(chuàng)新技術(shù)護航試驗任務(wù)
相較于以往火箭的點火、上升，試驗箭需要多完成一個環(huán)節(jié)——平穩(wěn)落地。
藍箭航天火箭研發(fā)部控制仿真工程部總監(jiān)鐘友武說：“順利落地需要考慮到很多方面的問題，包括控制返回過程中燃料的消耗量盡可能少，并控制火箭在落地瞬間的飛行速度、高度和姿態(tài)的精度同時滿足平穩(wěn)著陸的要求。這些都是試驗箭需要驗證的關(guān)鍵技術(shù)。”
對于商業(yè)航天企業(yè)來說，成本可控是火箭高頻次發(fā)射的基本要求。在控制成本的同時，保證技術(shù)方案的可靠性也是試驗箭的主攻方向。在箭體結(jié)構(gòu)材料選擇上，團隊經(jīng)過多次討論，最終選擇了國內(nèi)火箭領(lǐng)域尚未涉足的不銹鋼材料。
鐘友武介紹：“不銹鋼是我們生活中常見的材料，具有高強度、耐高溫、抗腐蝕的特性。不銹鋼的廣泛使用代表了箭體結(jié)構(gòu)材料的工藝體系更為成熟、配套成本更為低廉，能夠有效解決火箭結(jié)構(gòu)的產(chǎn)能問題，從而進行更高效率的迭代。相比傳統(tǒng)箭體結(jié)構(gòu)材料鋁合金，不銹鋼箭體結(jié)構(gòu)可以大幅降低火箭的制造成本，縮短生產(chǎn)周期。耐高溫的特性使它在火箭多次返回、重復使用上具有突出的優(yōu)勢。”
團隊立足多年的技術(shù)積累，針對可復用火箭需求，開展了多項創(chuàng)新。據(jù)介紹，在已實現(xiàn)朱雀二號火箭連續(xù)成功入軌驗證的天鵲12發(fā)動機基礎(chǔ)上，試驗箭發(fā)動機增加了多次起動和深度變推功能，并進一步提升了推力和可靠性；采用具備兩級緩沖功能的著陸支腿設(shè)計，滿足朱雀三號可重復使用一子級40噸級著陸質(zhì)量的緩沖需求；采用低空制導、調(diào)推控制和軟著陸關(guān)機策略，可精準控制火箭飛行速度和高度以達到軟著陸要求。
此次試驗任務(wù)的圓滿完成，驗證了藍箭航天可重復使用液氧甲烷火箭一子級垂直回收總體方案的正確性，大范圍變推力液氧甲烷動力系統(tǒng)方案，火箭控制系統(tǒng)與發(fā)動機調(diào)推特性的匹配性。此外，這次任務(wù)同時驗證了火箭著陸段制導與控制方案的正確性，火箭軟著陸緩沖機構(gòu)工作性能，以及可重復使用火箭測發(fā)、回收和后處理流程的正確性。
在這次試驗任務(wù)中，研究人員還獲取了朱雀三號可重復使用液氧甲烷火箭關(guān)鍵技術(shù)的核心試驗數(shù)據(jù)。這些都為后續(xù)關(guān)鍵技術(shù)驗證、實現(xiàn)火箭可重復使用，積累了寶貴的經(jīng)驗。
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