朱雀二号
朱雀二号(ZQ-2)系列运载火箭是蓝箭航天完全自主研发、具备自主知识产权的一款中型液体运载火箭系统,配备具有自主知识产权的液氧甲烷低温发动机天鹊-12(TQ-12)。火箭为两级构型设计,采用液氧/甲烷作为推进剂,具有环保、无毒、无污染等特点,符合国际新一代运载火箭技术发展趋势,未来可拓展为可重复使用运载火箭。
朱雀二号是人类首个入轨的液氧甲烷火箭,同时也创造了中国民营航天首个全自研发动机运载火箭飞行成功的历史。
朱雀二号采用“三平一竖”的测发模式,即“水平对接——水平测试——水平转运——整体起竖”,可以实现高密度发射。
朱雀二号一级使用四台天鹊-12(TQ-12)发动机并联,该发动机是一款开式循环的液氧甲烷发动机,采用再生冷却。各台单机发动机均为单向摇摆,摇摆方向为箭体切向,摇摆角度为±8°,可为火箭飞行提供各方向的姿态控制力。地面状态单台地面推力67 t,地面比冲286 s;地面状态单台真空推力76 t,真空比冲324 s;真空状态单台真空推力80 t,真空比冲337 s。一级上的TQ-12为地面状态,数据略差于真空状态的TQ-12。TQ-12混合比3.5,喷管扩张面积比40,喷口直径1.5 m,总高3.6 m,推力调节范围80%-105%。
朱雀二号起飞质量219 t,起飞推力268 t,推重比为1.22。
一级采用经典的双贮罐设计,甲烷贮罐在下,液氧贮罐在上。
朱雀二号二级使用一台真空状态天鹊-12(TQ-12)及一台游机状态的天鹊-11(TQ-11)作为游机。其中TQ-12发动机主要作为火箭二级飞行段的主推进力,TQ-11发动机则为火箭二级姿态控制及精确入轨提供动力。
游机状态的TQ-11采用四燃烧室设计,也是一款开式循环的液氧甲烷发动机,采用再生冷却。采用同轴式涡轮泵,1台涡轮泵供应4台推力室,游机状态下,与80吨主推发动机共用阀门。发动机采用泵后摇摆技术,摇摆角度达±25°,实现火箭的俯仰、偏航和滚转控制;采用自生增压技术,可直接为推进剂贮箱提供增压介质;通过广泛采用3D打印技术,提高了组件制造效率。TQ-11真空推力8.2 t,真空比冲333 s,喷管面积比25.5,喷口直径0.28 m,总高1.1 m。
二级也采用经典的双贮罐设计,甲烷贮罐在下,液氧贮罐在上。
朱雀二号运载火箭整流罩采用分瓣旋抛方式分离,整流罩直径3.35米,全长8.237米,为蚌壳式结构,由非金属端头帽和蒙皮桁条结构的锥段、柱段共同组成,朱雀二号运载火箭整流罩为国内民营航天领域尺寸最大的整流罩,填补了民营航天大尺寸整流罩的空白。
绿色:环保、无毒、无污染,国际新一代运载技术发展趋势。 经济:一体化集成电气系统,推进剂成本降低50%-90%。 通用:实现标准化、通用化,全箭零部件种类减少50%。 2017年9月,朱雀二号运载火箭立项。
2017年12月底,朱雀二号完成型号方案论证,转入方案设计。
2019年5月17日,朱雀二号一级和二级主发动机天鹊-12(TQ-12)80吨液氧甲烷发动机全系统试车圆满成功。
2019年6月,朱雀二号进入初样研制阶段。
2019年11月30日,朱雀二号二级游机天鹊-11(TQ-11)10吨级液氧甲烷发动机全系统热试车圆满成功。
2020年5月9日至13日,朱雀二号火箭控制系统与天鹊-12(TQ-12)80吨液氧甲烷发动机匹配验证成功,顺利完成三次摇摆试车点火试验。
2020年7月14日,朱雀二号完成了控制系统与二级游机发动机匹配性验证。其二级游机天鹊-11(TQ-11)10吨级液氧甲烷发动机完成了单次时长达3000秒的热试车考核。
2020年11月13至17日,蓝箭航天顺利完成朱雀二号火箭二级发动机联合试车。本轮试车的火箭发动机由80吨和10吨级的“天鹊”液氧甲烷发动机组合而成。
2021年1月,朱雀二号整流罩分离试验圆满成功。
2021年9月底,朱雀二号转入试样研制阶段。
2022年1月,朱雀二号遥一火箭完成出厂前的总检查工作,具备出厂条件。
2022年9月12日,朱雀二号遥一完成低温加注合练。
2022年12月14日16时30分,我国在酒泉卫星发射中心执行朱雀二号首次飞行试验任务。火箭一级、二级主机飞行正常,二级游机氧输送管与氧泵低压壳体连接部位刚度不匹配,低压壳体存在强度裕度不足,在主机关机水击作用下氧泵低压壳体破裂,引发游机异常关机故障,发射任务失利。
2023年3月18日,朱雀二号遥一运载火箭飞行故障通过归零评审。
2023年3月,朱雀二号遥二运载火箭在嘉兴蓝箭航天中心完成总装,具备交付总测条件。
2023年5月初,嘉兴二期厂房完成工程交付,陆续投入使用,这将助力蓝箭航天构建更加强劲的火箭试验能力和制造能力。
2023年5月12日,朱雀二号遥二运载火箭顺利抵达酒泉卫星发射中心·蓝箭航天火箭发射场。
2023年5月底,朱雀二号遥三运载火箭在蓝箭航天嘉兴火箭制造基地开始总装工作。
2023年7月6日,朱雀二号遥二运载火箭完成火箭的转运和起竖工作。
2023年7月12日9时00分,朱雀二号遥二运载火箭在我国酒泉卫星发射中心发射升空,按程序完成了飞行任务,发射任务获得圆满成功。
天鹊-12A(TQ-12A)发动机于2021年2月立项并启动研制,在充分继承天鹊-12(TQ-12)发动机技术的基础上,通过设计优化及改进,发动机推力提高9%、比冲提高40 m/s、重量减轻100 kg。TQ-12A二次起动试车成功标志着蓝箭航天“天鹊”系列液氧甲烷发动机已经完全具备了可重复使用能力,有效增强了“朱雀”系列运载火箭各类任务轨道卫星的发射能力,并为子级回收需求及可重复使用提供了基础技术保障。
TQ-12A海平面推力720 kN,海平面比冲2818 m/s,真空推力807 kN,真空比冲3160 m/s,使用次数大于10次,推力调节范围50%-105%,混合比调节范围±10%。
天鹊-15A(TQ-15A)将作为朱雀二号火箭第二批次二级主发动机投入使用。该发动机与天鹊-12A(TQ-12A)通用涡轮泵、阀门、燃气发生器等关键组合件,采用泵前摆方案,真空推力达836 kN,可实现60%~110%深度变推,整体性能达到国际先进水平。与现役的朱雀二号火箭二级发动机相比,其优势表现在:
取消游机,降低了系统复杂度,重量减少约400 kg; 具备±4°双向摇摆功能,无需游机即可进行姿态控制; 具备三次点火与深度变推功能,可以满足多种弹道需求; 使用泵前摆布局方案,减小了泵-推间距,提高了结构紧凑度; 涡轮泵应用端面密封技术,减小漏率,简化了火箭发射流程; 涡轮泵改为双级涡轮,提高效率的同时减小了发动机尺寸; 涡轮排气引入推力室喷管延伸段,提高了发动机比冲性能,且减少了发动机侧向力。 未来随着TQ-15A的应用,朱雀二号运载火箭成本降低的同时运力也会得到进一步提升,以满足更多种类的发射需求,适应未来运载火箭商业化发展的要求。
云鹊10号(YQ-10)是朱雀二号改进型二级使用的姿控动力系统,取代了初始版的天鹊-11(TQ-11)游机。YQ-10配套于朱雀二号液氧甲烷运载火箭第二批次产品,主要用于火箭滚转、俯仰偏航、末速修正、推进剂沉底等控制,与天鹊系列液氧甲烷发动机不同,其为挤压式单组元催化分解液体火箭发动机技术方案,采用常温自燃推进剂,具备稳态及脉冲工作能力。YQ-10发动机由蓝箭航天自主研制,主要包括配套的推力室、阀门、贮箱、气瓶、电缆等15种组合件,并自研多款地面保障设备如电性能测试仪、充放气设备等。
朱雀二号计划在2024年面向市场做小批量交付,实现3—4次发射,连续三年发射量翻番。
朱雀二号计划进行一系列改进:
为提高火箭的性能,火箭将使用深度过冷加注技术以降低推进剂温度; 为提高火箭运力,增大火箭发动机喷管,以便增加二级启动次数; 进一步增强火箭发动机的推力。 朱雀二号可拓展为三级构型,三级安装一台天鹊-11(TQ-11)发动机,运载能力提升至6 t(200 km),运载能力提升至4 t(500 km)。朱雀二号还规划有捆绑两枚芯级助推的3CBC和捆绑四枚芯级助推的5CBC版本,覆盖不同的运力区间以适应不同的任务需求。
目前可回收芯级的朱雀二号已经开始研发。可回收型朱雀二号仍基于天鹊-12发动机,预计于2025年下半年完成首次试飞。但由于芯一级搭载了四台相同的发动机,一般情况下难以进行反推回收。具体的回收方案目前仍未公布。
朱雀二号的研制对于我国的民营航天有着重要意义。它是我国第一款液氧/甲烷运载火箭,也是世界第一款轨道飞行成功的液氧/甲烷火箭,液氧甲烷动力的可行性得到证实,将极大促进我国商业航天和可复用火箭的发展。在我国乃至世界均有重要意义。
朱雀二号任务中,火箭涂刷箭体广告:
发射时间为北京时间(UTC+8)。
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