商業航天進步飛快—藍箭航天80噸液氧甲烷發動機完成可靠性試車

1月30日，藍箭航天的“天鵲”80噸液氧甲烷發動機完成400秒可靠性試車考覈，加上23日以來的四次試車，五次累計時長超過2000秒。本次試車還進行了高低推力、高低混合比、極限入口壓力和溫度試驗，充分驗證了發動機的可靠性和穩定性。

80噸液氧甲烷發動機將裝配於藍箭公司研製的朱雀二號火箭。朱雀二號的低軌運載能力達到6噸，大概相當於長征二號丙，預計在今年第三季度首飛。

80噸液氧甲烷發動機具有較高的商用價值。目前國際航天市場成熟的大推力液氧甲烷發動機只有太空探索公司的猛禽發動機和藍色起源的BE-4發動機。天鵲可以排到世界第三，也是亞洲和國內首臺。

在大家的印象中，商用火箭都是使用液氧煤油發動機，怎麼現在都改成液氧甲烷發動機了？之所以液氧甲烷發動機備受關注，那是因爲太空探索、藍色起源在搞。甲烷發動機的目的很簡單：重複使用。如果不復用，甲烷發動機不會比煤油發動機好多少。

第一，甲烷發動機的設計難度遠遠低於液氧液氫發動機，可以沿用液氧煤油發動機那一套成熟體系。而且，甲烷發動機幾乎沒有液氧煤油的積碳結焦問題，維護非常方便，是可回收火箭的最佳選擇。

第二，火箭發動機有個重要指標是比衝，即單位重量的推進劑產生的衝量，比衝的本質就是燃料燃燒時的“噴流速度”，比衝越大，發動機越厲害。液氧甲烷發動機的比衝雖然比液氧液氫發動機要低，但略高於液氧煤油發動機。

第三，液態甲烷的製備儲存相對簡單。無論是遠程彈道導彈需要的固體推進劑還是商用火箭的液氫、煤油推進劑，其生產線需要的投入非常大，價格也很高，世界上沒幾個國家會做。甲烷的液化溫度爲-162℃，遠低於氫氣的-253℃，而液態甲烷密度爲422千克/立方米，遠高於液氫的71千克/立方米，同等質量的推進劑需求體積降低很多。因此，甲烷發動機的性價比要比大推力液氧液氫發動機高得多，也比液氧煤油發動機高一些。

天鵲發動機的可靠性試車，算是國內商用航天領域液氧甲烷火箭發動機的有益嘗試。雖然液氧甲烷燃料作爲未來可回收火箭的動力燃料成爲一種趨勢，但我們對於這個燃料組合的研究嘗試不算多。藍箭航天在這個領域的努力，能夠帶領更多企業機構投入商用火箭領域的研發和生產。而從商業角度看，高密度、低成本是未來航天發射的關鍵。

當然，對比太空探索公司猛禽發動機200-240噸的推力，天鵲推力太小了，才七八十噸，箭體直徑也是保持3.35米不變，步子不敢邁大。這也是受內陸發射場鐵路運輸的限制，文昌發射場並不對商業航天公司開放，發射工位建在酒泉自然只能是3.35米。

但是，對於商業航天剛剛起步的我們來講，天鵲發動機從2017年開始研發，用三年多時間就將其實用化，且做到了世界第三的水平，進步還是非常快的。我們期待，裝配天鵲的朱雀二號運載火箭在今年的成功首飛。