朱雀二号！全球首枚准备发射的甲烷火箭：中国版SpaceX正在起飞

朱雀二号已经矗立在酒泉卫星发射中心的96号工位上，预计将于12月10日8:22~10:44一飞冲天，如果发射成功，它将成为首枚成功入轨的纯甲烷燃料火箭，而且值得一提的是，朱雀二号还是第一枚尝试发射的纯甲烷火箭！

朱雀二号：怎么就意外的拿到了“第一”？

朱雀二号遥二运载火箭是蓝箭航天（LAND SPACE）设计制造的第二款运载火箭，第一款火箭是固体燃料作为推进剂的朱雀一号，2018年10月27日首发，但由于第三级出现问题，有效载荷未能进入轨道。

朱雀二号是一枚两级低温液体运载火箭，箭体直径为3.35米，火箭总长49.5米，起飞质量219吨，起飞推力268吨，200公里轨道载荷为4吨。看得到这个尺寸估计大家就知道，这枚火箭的发射场会在内陆，这个尺寸与载人飞船发射的CZ-2F火箭一样，为的是可以通过铁路运输过隧洞。

朱雀二号的一级火箭是4台745千牛的TQ-12液氧甲烷发动机，二级发动机为一台真空优化版的TQ-12发动机，这种布置相当于一枚火箭只用一台发动机，大大降低了火箭的维护复杂度。

TQ-12发动机：原理？

TQ-12使用的燃料是液氧和甲烷，其发动机为燃气发生器循环，很多朋友可能无法理解这所谓的循环，下文简单介绍下：

所谓的循环就是让燃料和氧化剂压入火箭发动机燃烧室的一种方式，我们知道，火箭燃烧室是一个喷出高温高压火焰，经过尾喷管扩展喷入外界，其反作用力让火箭获得动力飞越大气层飞向太空，这个燃烧室压力越高，发动机的喷气速度就越高，燃料利用率也就越高。

因此需要一种方式将液体燃料“压入”燃烧室，常见的方式就是用高压气体或者电动或者燃气泵或者膨胀循环泵等方式，高压气体和电泵等都比较好理解，但燃气泵和膨胀循环泵是啥意思？

TQ-12：燃气发生器循环

这个循环最容易理解了，就是将液氧和液态甲烷先送到一个高温涡轮室中燃烧，推动涡轮带动燃料和氧化剂泵工作将这些液体注入高压的燃烧室。

而燃气发生器循环（开式循环）则是，这些高温涡轮中燃烧过的燃气直接就排出外界，由于发动机的设计者为避免高温涡轮的温度过高，一般会工作在富氧或者富燃状态，造成能氧化剂或者燃料大量浪费，因此这种循环的发动机比冲相对会略低一点。

但它也有一个好处，从这个高温燃气涡轮排出的气体速度挺高的，可以作为一个小火箭使用，如果让其摆动起来，就可以控制火箭的姿态，不过从朱雀二号的火箭底部结构来看，似乎没有这个操作。

这个燃气发生器排出的气体如果将其重新注入火箭发动机，那么燃气发生器循环就变成了分级燃烧循环（闭式循环）！如果用火箭发动机的废热来加热低温燃料，让其膨胀后推动涡轮，再带动涡轮泵工作将燃料注入燃烧室的就是膨胀循环。

TQ-12：可回收变推力发动机

这台燃气发生器循环的液氧甲烷火箭的参数如下：

• 一级TQ-12：海平面推力658千牛

• 二级TQ-12：海平面推力：745千牛、真空推力：785千牛；

• 室压：10.1兆帕；

• 比冲：海平面284.5秒，真空337秒；

目前甲烷发动机的火箭不多，SpaceX的猛禽发动机是液氧甲烷全流量分级燃烧循环，那个指数就比较高了，这台性能比较一般，不过各位别小看了这台发动机，它的推力是50%~110%范围内可调的。

这个需求是为了可回收准备的，目前全球航天界在SpaceX的带领下已经全面转向可回收火箭，但火箭回收并不是一件容易的事，除了在结构上要符合可回收设计以外，还要在推力以及燃料上向可回收“靠拢”。

火箭从起飞到到分离再到控制轨迹再到换换降落，推力条件会变化很多，一级火箭分离前会“全力”推进，但分离后变成了“空载”，如果火箭推力不可调，一开发动机火箭就飞走了，根本就无法降落，因此推力可调是可回收火箭的必经之路。

另一个则是燃料选择，目前最经济、最普遍的燃料是液氧煤油，但可回收火箭很少甚至不选择这种燃料，原因是这种燃料容易积碳和结焦，积碳会产生在高温涡轮侧，结焦会发生再生冷却的经过发动机的喷管的燃料管内，前者问题还不是很严重，后者问题更麻烦，搞不好还可能导致管路堵塞火箭爆炸。

甲烷含碳量比煤油要低，所以不容易积碳和结焦，当然液氢液氧也没有这问题，但液氢密度太低了，只有煤油的10%，而液态甲烷至少还有50%，因此从体积考虑，液态甲烷也比液氢要优秀一些。

目前全球都在研发液氧甲烷火箭，比如SpaceX的猛禽发动机就是，这台发动机的燃料也是液氧甲烷，不过是全流量分级燃烧循环，室压高达25MPa，海平面比冲达到了330S，不过它是给星舰用的，虽然已经“试车”N次，但却还没有打算“发射上天”，所以这个第一就被朱雀的TQ-12给抢到了。

朱雀二号火箭：成本控制相当优秀

美国洛马和波音的联合发射联盟为美国政府提供发射服务，每千克费用是1.4万到2万美元。新西兰的电子火箭每千克约3.7万美元。中国科工集团的“快舟1号”每千克3万美元左右。印度PSLV（极地卫星运载火箭）最便宜，每千克不到2万美元。

蓝箭航天的“朱雀2号”，发射成本会比规模相当的印度PSLV低30%，在未来的发射市场，“朱雀二号”的优势相当大。

蓝箭航天：民营航天企业

2014年底，国家发改委 (NDRC) 通过了“60号文件”，允许对航天领域的某些部分进行投资。这催生了“第一代”中国商业航天公司，其实胡振宇的LinkSpace“翎客航天”比这份文件还早了大半年，翎客航天绝对是这个领域当仁不让的开拓者，之后就是Landspace（蓝箭航天）和OneSpace（零壹空间）。

标志性的事件发生在2016年12月27日，国防科工局发布《2016年国防科工局军民融合专项行动计划》，第26条如下：“推动军工技术向民用领域转化，论证支持一批军工高技术产业化项目……积极推动设立国防科技工业军民融合产业投资基金。”

这表示不仅允许私营航天企业，而且还将政策扶持，之后中国的民营航天企业接二连三的诞生，比如i-Space（星际荣耀）、和 Galactic-Energy（星河动力）以及深蓝航天、星途探索和九州云箭等多家发射公司。

民营航天发射起步大都是固体燃料火箭，虽然门槛比较低，但比冲也低，载荷不高，未来的商业航天必须是液体火箭。在这几家公司中，蓝箭航天是最早招聘“科班出身”的发动机团队的，2017年1月，蓝箭航天已经签下国内民营火箭发射服务第一单，而蓝箭航天在湖州的工厂也早在2018年投产，国内最早研发液氧甲烷发动机的私营企业是蓝箭航天和星际荣耀两家公司。

星际荣耀的液氧甲烷发动机已经长程试车，2020年5月19日，星际荣耀焦点一号（下称“JD-1”）可重复使用液氧甲烷发动机顺利完成全系统额定工况200秒长程试车，不过JD-1的推力只有15吨，作为上面级没有问题，但作为一级火箭发动机还是有些推力不够，相比之下，就民营航天企业来说蓝箭航天的TQ-12应该是国内首屈一指了。

有人将国内私营航天企业比作中国版SpaceX，与美国民营航天在2000年初（蓝色起源）成立相比，我们已经大大落后，但对于国内蓬勃发展的卫星发射市场完全是一片蓝海，中国民营航天有足够的动力来发展壮大，笔者也希望他们都能早日成长为国际知名的发射公司。