發(fā)射火箭，為什么液氧甲烷更具優(yōu)勢

2023 年7 月12 日早上9 時，位于大漠深處的酒泉衛(wèi)星發(fā)射基地液氧甲烷發(fā)射工位，一個纖巧的身影從發(fā)射架上騰空而起，在升騰的煙霧中如離弦之箭沖入云霄。在火箭發(fā)射指揮控制中心內(nèi)，所有工作人員的目光都目不轉(zhuǎn)睛地注視著它拖著尾焰，消失在藍色天際中。不久，一句 “朱雀二號發(fā)射成功”的宣布聲猶如一顆炸雷，打破了這略顯壓抑的寧靜，熱烈的鼓掌聲響徹整個控制室。

在這個驕陽似火的夏日，這枚名叫“朱雀二號”遙二的中型運載火箭絕對是酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心最亮的明星。它是我國民營航天企業(yè)“藍箭航天”的得意之作。從點火到成功將衛(wèi)星送入預(yù)定軌道，“朱雀二號”用了760.88 秒的時間。而這760.88 秒的背后，則是從2023 年7 月6 日火箭完成轉(zhuǎn)運與起豎工作至今100 多個小時的奮戰(zhàn)，是2023 年5 月4 日火箭從嘉興的火箭制造基地出征后至今67 個日夜的努力，更是從2022 年12 月14 日朱雀二號遙一號火箭發(fā)射失敗后至今長達7 個月的日夜等待。

49.5 米的身高，219 噸的起飛質(zhì)量，朱雀二號作為一款中型運載火箭，乍一看上去并無多少亮眼之處，但實際上，朱雀二號在國內(nèi)外商業(yè)航天界絕對是一款劃時代的產(chǎn)品。它是世界首款成功發(fā)射入軌的液氧甲烷運載火箭。

從原理上來講，火箭實際就是利用自身攜帶的推進劑發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生高速噴射的熱氣流來推進的動力裝置。對于以空間運輸為主要任務(wù)的運載火箭而言，其發(fā)動機有四種主流推進劑方案可供選擇：固體燃料、四氧化二氮/偏二甲肼、液氧煤油和液氧液氫。

首先是固體推進劑方案，這應(yīng)該算是歷史最悠久的火箭動力燃料了，古代用黑火藥作為燃料的原始火箭就屬于固體火箭的一種。這種推進劑的優(yōu)點是易于長期貯存，能夠應(yīng)對突發(fā)情況，技術(shù)簡單等。但短板也是非常明顯，比如比沖小、推力不可調(diào)等。這里就涉及到一個關(guān)鍵概念：比沖，即單位推進劑的量所產(chǎn)生的沖量，單位是秒（s）。可以理解為一個單位質(zhì)量的推進劑產(chǎn)生一個單位的推力能夠持續(xù)的時間，這是衡量火箭發(fā)動機動力的重要參數(shù)，一般而言，比沖值越大，就表明火箭的動力性能越優(yōu)越。

如今主流的運載火箭的主發(fā)動機基本都是采用液體推進劑方案，與固體推進劑不同，這類方案中推進劑分為液態(tài)燃料和液態(tài)氧化劑兩類，他們在運載火箭發(fā)動機上一般是分別貯存在兩個空間中，在進入燃燒室后激烈反應(yīng)后產(chǎn)生推力。在所有液體推進劑方案中，液氧是最為悠久的氧化劑，1926 年人類歷史上第一枚液體燃料火箭就使用了液氧（氧化劑）+汽油（燃料劑）的方案，同時也是最為高效廉價的氧化劑，很多主流運載火箭的主力發(fā)動機都采用液氧為氧化劑，不同是與之搭配的燃燒劑。這其中液氧+煤油、液氧+液氫是應(yīng)用最廣泛的搭配方案。