人类火箭发射越来越密集,外太空中的人造卫星也越来越多,这是不争的事实,几乎每个月都有火箭发射。
中国航天进入高光时刻,3月,高分十三号02星和天绘六号A/B星发射,4月,风云三号07卫星发射,5月,天舟6号货运飞船和神舟16号载人飞船发射,6月,力箭一号以一箭26星方式发射,7月自然也有航天发射。
(资料图)
7月有一次重大的航天发射,中国民营火箭朱雀2号计划于7月12日复射,按照其他媒体的说法,全世界都非常关注,因为此次成败关系到中国民营火箭发展与未来,能否创造全新的航天史。
再次挑战液氧甲烷的朱雀2号火箭
朱雀2号运载火箭由中国民营公司蓝箭航天空间科技股份有限公司自主研制,为两级构型的液体运载火箭,该箭全长49.5米,最大直径3.35米,起飞重量218吨,起飞推力达268吨,是一款中型火箭。
朱雀2号运力也是非常可观的,200公里高绕地轨道运力达6吨,800公里太阳同步轨道运力达4吨,完全可以担任中大型航天器的发射。
朱雀2号最牛之处并不是它的运载能力,而是使用了世界首款液氧甲烷发动机-80吨级天鹊12(TQ12)。
朱雀2号运载火箭一级箭安装了4台TQ12,二级箭安装了一台TQ12和一台10吨级的游机-天鹊11(TQ11)。游机是指推进方向可以大幅移动的发动机,全名为游动火箭发动机(vernier rocket engine)。
就拿朱雀2号来说,二级箭主推发动机TQ12正常熄火之后,那么游机TQ11开始工作,用于控制入轨精度,例如姿态调整、末速修正等,直至星箭分离。
天鹊12(TQ12)也由蓝箭航天自主研制,是世界上首款液氧甲烷发动机,它分为地面型号和真空型号,地面型号海平面推力67吨,真空型号真实推力为80吨。
2022年12月14日,首枚朱雀2号运载火箭首射失利,火箭一级飞行正常,一二级分离正常,正常分离整流罩,二级发动机关机正常,但二级游机出现异常,未能正常启动,运载的14颗卫星未能正常入轨。
关于首枚朱雀2号失利调查结果显示:游机TQ11液氧输送管连接部位硬度不够,当二级主机关机时,在液氧回流冲击力作用下,连接部位破裂,没有液氧,游机无法正常开机。
找到问题所在,那接下来就简单了,只需要增加游机TQ11液氧输送管连接部位硬度就可以了,现在,第二枚朱雀2号火箭计划于2023年7月12日复射,这是中国民营火箭再一次挑战液氧甲烷发动机。
为何全世界关注液氧甲烷发动机?
中国长征五号运载火箭芯级采用液氧液氢作为燃料,助推器采用液氧煤油作为燃料,中国长征2号F运载火箭采用四氧化二氮+偏二甲肼作为燃料,美国SpaceX猎鹰9号运载火箭采用液氧煤油作为燃料。
它们都是使用液体燃料,从此由此可见,液体运载火箭是人类航天发射的“主力军”,液体燃料具备运输方便、加注简单 、比冲大等特点,是固体燃料无法相比的。
之前,液体燃料主要有偏二甲肼/四氧化二氮、液氧煤油和液氢液氧三种,而液氧甲烷则是一匹“黑马”,发现没有,中国、美国、俄罗斯、日本和欧航局等都在研发液氧甲烷,它成为火箭燃料发展的趋势和未来。
偏二甲肼/四氧化二氮优点在于比冲高、能常温保存、便于点火,然而缺点也很明显,那就是偏二甲肼有剧毒。
火箭一旦加注燃料最好不要出现故障,一旦出现故障,维修人员就会冒极大风险,燃料泄漏的后果不堪设想,可以通过呼吸道、皮肤、伤口及消化道进入人体,世界各国正在减少偏二甲肼/四氧化二氮的使用。
液氢液氧的确够优秀,比冲高、无毒无害、无污染,即便人接触了也没有关系,但是液氢存在一个永远无法解决的难题,由于液氢密度极低,需要很大的储存罐才能够装下满足需求的液氢。
氢元素相对原子质量小,原子核中只有一个质子没有中子,分子量仅2.01588,这就是液氢密度极低的原因,70公斤体积就达到1立方米,液氢液氧燃料如何储存成为困扰科学家的技术难题,液氢还需要-253℃低温保存。
液氧煤油不俗的表现使其一举成为猎鹰9号火箭燃料,煤油能量极大,的确可以给火箭带来巨大的推力,但是煤油中有大量的异十二烷(C12H26),由于分子质量大,喷射速度相对较慢,比冲低。
煤油的污染也是显而易见的,七八十年代的农村人应该都知道,长期使用煤油灯,鼻孔里面都是黑色的,煤油不充分燃烧时释放有毒气体一氧化碳和炭黑,充分燃烧时也会释放CO2和H2O。
然而,液氧甲烷却弥补了以上液体燃料的所有缺点,甲烷化学式为CH4,没有毒,维修人员在临时维修时不再害怕接触到它,分子量为16.043,火箭不会面临储存罐容量不足的窘态,高比冲,燃烧后不会产生炭黑,更不会污染空气。
很显然,液氧甲烷是目前最为理想的火箭燃料,朱雀2号使用的就是液氧甲烷,如果朱雀2号7月12日发送成功了,那么就会创造新的航天史,全世界当然会密切朱雀2号的发射。
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