八月商业航天观察,液体火箭有序推进,新发射台蓄势待发

科技   2024-08-12 17:37   新加坡  


6 月长征 10 号原型机的三台 YF-100K 发动机静态点火测试 - 图片来源:CCTV

在刚刚过去的一个月里,尽管中国航天发射活动略显平静,但商业航天领域的进展却从未停歇。目前,有两家公司正积极准备对其原型可回收飞行器进行10公里的高空跳跃测试,力争成为中国首个实现轨道飞行并成功回收第一阶段的火箭。

8月初,计划中的G60“千帆”巨型星座项目成功发射了首批卫星。我航天事业正在持续推进。

稳步提升的发射频率与液体燃料的广泛应用

7月份,我国的航天发射活动与6月份相比略显减少,全月仅执行了3次发射任务。相较于5月份的九次发射,这一数字有所下降。全球在这段时间内仅有高分11号05任务一次轨道发射。

总体来看,我国今年已成功执行35次轨道发射任务,占全球发射总量的25%,继续保持着全球领先地位。

今年3月,我国宣布计划发射约100枚火箭,其中国家队火箭与商业公司火箭的比例约为70%和30%。截至6月底,我国已成功发射30次任务。

航天科技集团在2024年迄今为止的发射任务中占据了70%的份额,然而,商业火箭公司在充满活力的卫星发射市场中也在不断涌现,获得各级省、市政府资金支持、创业支持。

天龙三号一级火箭组装中-图源网络

我国2024 年迄今发射的大多数商业火箭均是固体燃料:

  • 东方空间 的引力 1 号(Yinli 1)
  • 中科宇航 的力箭一号(Kinetica-1)
  • 长征火箭的捷龙 3 号、科工火箭 的快舟
  • 星际荣耀的双曲线 1 号(SQX-1)
  • 星河动力的谷神星 1 号

但随着液体燃料火箭的引入,我国航天事业正迈向可回收性与成本效益的新阶段。多家公司正在开发新型火箭,希望复制SpaceX的成功经验,降低进入太空的成本,同时提高发射频率。

天兵科技去年4月成功将我国首枚商业开发的液体燃料火箭天龙-2送入轨道。天龙-2采用液态煤油和氧气作为推进剂,这是其首次也是唯一一次飞行。目前正专注于开发更大的天龙-3火箭,该火箭高度将达到71米,预计能够携带高达17000公斤的有效载荷进入低地球轨道。

原计划于下月进行的天龙-3首次亮相,因6月底的静态点火试验意外发射并摧毁了第一阶段试验件,引发了对项目可能延迟的担忧。但有消息称,天龙-3原型已在海阳的运输起竖器上垂直就位,整体研发进度或加紧推进中。

下一代液体燃料火箭的比较。从左至右:朱雀三号,天龙三号,引力二号,双曲线三号,力箭二号,星云一号,智神星一号。(来源:蓝箭航天,星河动力,星际荣耀,零壹空间,中科宇航,深蓝航天,银河动力)

星河动力今年计划再进行大约10次发射。最近,星河动力分享了智神星一号整流罩分离测试的视频,该火箭仍按计划进行首飞,最早可能在 11 月。

智神星一号的设计类似于猎鹰 9 号,但规模较小,配备了格栅鳍和着陆腿,支持可重复使用的第一级。这枚中型运载火箭高 42 米,整流罩直径 3.15 米,能够将 8000 公斤的有效载荷送入近地轨道,或者在三芯配置下将 17500 公斤的有效载荷送入轨道。

商业火箭正准备进行更高的跳跃测试

蓝箭和深蓝正在积极准备原型可回收火箭的高空跳跃飞行测试,又称为垂直起降(VTVL)测试,将逐步展示火箭的能力和执行任务的准备情况。

这些预计将是中国迄今为止进行的最高海拔跳跃飞行。虽然天兵的天龙-3似乎进展顺利,但其他公司也在加速发展,竞争成为中国首个发射并着陆轨道火箭的国家。

蓝箭航天朱雀三号原型机于 2024 年 1 月进行的 VTVL 测试,高度达到约 350 米(图片来源:蓝箭航天)

蓝箭航天的朱雀二号去年成为首枚进入轨道的液态甲烷燃料火箭,仅在去年 12 月搭载有效载荷飞行过一次。其继任者朱雀三号将使用相同的推进剂组合,但配备可重复使用的第一级,该级将在无人机船或着陆垫上着陆。

朱雀三号的飞行剖面与猎鹰 9 号有相似之处,使用助推回返和入轨燃烧。这款不锈钢火箭将比其前身大 50%,高度超过 76 米,整流罩直径为 5.2 米。其有能力将 21,300 公斤的载荷送入低地球轨道,但预计直到明年夏天才能准备好进行轨道发射。

蓝箭航天一直在准备对其朱雀三跳跃飞行器原型进行 10 公里测试,原计划在 7 月底进行。据报道,由于天气不利测试被推迟,此后没有进一步的更新。这架测试飞行器在 1 月份成功完成了 100 米跳跃,并在即将到来的测试前升级了可操作的格栅翼。

深蓝航天也在准备其“星云 1 号”(又名 Nebula-1)的 10 公里跳跃测试,预计在接下来的一两个月内进行。深蓝航天在 2021 年成功进行了一次 100 米的跳跃测试,使用缩比测试,该模型在随后的一年中另一次测试中达到了 1 公里的高度,尽管是以硬着陆告终。

“星云 1 号”将比“猎鹰 9 号”小,但在设计上类似,直径为 3.35 米,可重复使用的第一级搭载九台发动机,第二级搭载一台发动机。该运载工具将能够将 2000 公斤载荷送入低地球轨道,并使用液态煤油和液态氧作为推进剂,“改进版”将能够将高达 8000 公斤的载荷送入低地球轨道。

深蓝航天已经成功进行了三次雷霆-R1(Thunder-R1)发动机的静态点火测试,这些发动机将为“星云 1 号”原型机和随后的首次轨道发射尝试提供动力。深蓝正在朝着其首次轨道发射进展,预计今年年底前将在文昌新建的海南商业发射场进行,此次发射将尝试回收第一级火箭。

星际荣耀去年年底利用其 SQX-2 原型进行的 VTVL 测试取得成功,由此推动了该公司继续开发 SQX-3 火箭。预计 SQX-3 火箭将于明年从酒泉卫星发射中心进行首飞,不过,一级火箭的首次着陆可能要等到 2026 年。该火箭由 9 台 JD-2 发动机提供动力,高 69 米,其设计与 SpaceX 的猎鹰 9 号和猎鹰重型火箭有异曲同工之妙。预计在可重复使用的配置下,它可以将 8,600 公斤的有效载荷送入低地球轨道,三核心版本可以携带 14,100 公斤。

正在研发的还有来自中科宇航的力箭2号,接续其前身力箭1号,后者在一月份完成了第三次飞行。新型火箭的高度将几乎是前者的两倍,但整流罩直径仍为 3.35 米。与前一代使用固体燃料不同,新火箭的第一级将由九台燃烧液体煤油和液氧的发动机提供动力。预计将在 2028 年左右投入使用,第一级的回收将通过垂直降落来实现。

曾于1月份首次也是唯一一次发射引力一号火箭的东方空间,已将其可重复使用的引力二号火箭的发动机从固体燃料发动机换成了九台煤油液氧发动机,引力二号预计将于 2025 年发射。

长征 10 号发动机在新测试台上进行测试

近期航天科技集团成功进行了液氢液氧燃料 YF-75E 发动机的长时间高空模拟试验,这是在最近建成的试验台上进行的首次点火试验。

YF-75E 是长征五号(CZ-5)第二级使用的 YF-75D 的升级版,将用于未来载人登月任务的月球转移轨道注入。这次试验的成功验证了发动机在太空长时间工作的能力,这是其预定的月球任务所必需的。

6 月,三台 YF-100K 发动机进行了静态点火测试,这些发动机将为载人型长征 10 号(CZ-10)运载火箭的第一级提供动力,该火箭计划在 2027 年进行首次飞行。

拥有三个直径五米的核心,高度超过 93 米,LEO 载荷能力达到 70,000 公斤,或者地球-月球转移轨道载荷能力为 27,000 公斤,CZ-10 比 CZ-5 更大更强大,后者目前是中国在役的最强大的运载火箭。

长征 12 号运载火箭和海南商业发射场向发射准备迈进

新型的 YF-100K 发动机还将为长征 12 号(CZ-12)火箭提供动力,该火箭可能在本月晚些时候进行首飞。这是一枚两级一次性火箭,其第一级由四个这种液体煤油和液氧发动机提供动力。第二级装有两台 YF-115 发动机,使用相同的推进剂。CZ-12 将能够携带 10,000 公斤到低地球轨道或 6,000 公斤到太阳同步轨道,同时提供 4.2 米和 5.2 米的有效载荷整流罩。

位于海南省的商业航天发射中心的第二个发射台于 5 月完成建设,它紧邻文昌卫星发射中心。除了更靠近赤道之外,考虑到现有的三个发射场都位于内陆,存在废弃的火箭级或助推器可能落入人口密集区的风险,沿海地点的优势显而易见。随着我国预计的发射次数每年超过 100 次,新的商业发射场有望有力支撑各类星座建设。

迄今为止在建造的两个发射台中的第一个专门用于 CZ-8 火箭,尽管该火箭飞行频率不高,至今仅飞行了三次。新的发射台预计将支持该运载工具的发射频率增加到接近每两周一次,与文昌航天发射场的 LC-201 交替使用。计划中的 CZ-8A 变体预计将在今年年底前从商业发射复合体 1 号进行首次飞行。

第二个发射台将支持各种即将推出的液体燃料火箭。除了 CZ-12,天兵的天龙三号也将从这个新发射台起飞。其意图还在于支持开始出现的新型火箭,这些火箭将开始使用液态甲烷作为燃料,例如 SQX-3。

国际商业航天器发射中心——新的 LC-2 发射台位于前景(图片来源:CCTV)

新发射台设计可容纳来自九家不同公司的近 20 种火箭型号,增加了建造的复杂性。之前的发射台建造耗时三年,但 LC-2 在不到一半的时间内就完成了建设。

火星任务

天问三号火星样本返回任务的计划仍在进行中,这可能使中国成为第一个将火星样本带回地球的国家。该任务预计将在 2028 年至 2030 年间使用长征五号火箭发射,大约三年后返回样本。与此同时,NASA 目前正在考虑商业部门提出的几项提案,以实现更经济、更简单的火星样本返回任务。

天问一号及其在火星上的着陆器,由远程相机拍摄(图片来源:中国国家航天局)

近期动态

长征六号 A | 天绘五号组 02

今年第三次发射的长征六号 A 于 7 月 4 日格林尼治标准时间 22:49 从山西省太原卫星发射中心的 9A 发射台升空,将另外两颗天绘五号卫星送入太阳同步轨道。这些卫星将用于地理测绘、调查和科学实验。

SQX-1 | 云遥一号 15-17

7 月 10 日,北京时间 23:40,双曲线一号(SQX-1)在酒泉卫星发射中心 95A 发射台发射后,其第四级火箭发动机出现故障。这导致三颗云遥气象卫星的载荷丢失。这是星际荣耀火箭在七次发射中的第四次失败,使得该火箭的成功率降至 50%以下。

长征四号乙 | 高分十一号 05

自 1999 年以来,长征四号乙火箭发射了各种地球观测、气象和实验载荷,包括几颗实践和高分卫星。该火箭今年的首次发射于 7 月 19 日格林尼治标准时间 03:03 从太原卫星发射中心 9 号发射台进行。高分卫星是国家资助的中国高清晰地球观测(CHEOS)计划的一系列民用高分辨率卫星。

长征六号甲 | 千帆星座 01

8 月 6 日,北京时间 06:55,太原卫星发射中心 9A 发射台,长征六号甲运载火箭第七次发射升空,这也是 2024 年的第四次发射。搭载的是 G60 巨型星座的首批 18 颗高带宽、低延迟宽带卫星。

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