12月20日，朱雀二号首飞失利。

(资料图)

本来，就“运载火箭发射”本身的难度来说，发射成功或失败，都有可能。但对于此次“朱雀二号发射失利”，西方媒体和很多国外航天爱好者却表现出格外地关注。

太空新闻网标题总体还算中肯，说“中国民营甲烷燃料火箭历史性首次发射以失败告终”；彭博社则开始明里暗里“拉偏架”，说“中国初创公司希望甲烷动力火箭能击败SpaceX进入轨道”……

朱雀二号为何如此受关注？秘密就藏在这些标题里——朱雀二号不仅仅是中国民营航天首次发射的液体火箭，更是全球首个发射的液氧甲烷火箭！

朱雀二号

液氧甲烷火箭早已是业内公认的“航天风向标”。如果朱雀二号首飞成功，无疑将创造历史！

液氧甲烷火箭，航天业新宠儿

研究液氧甲烷火箭的，远不止朱雀二号。SpaceX的猛禽2号发动机、蓝色起源的BE-4发动机，都是个中代表。

航天巨头为何纷纷转向液氧甲烷火箭研发？真要细说，这应该是一部“火箭燃料进化史”。

根据所用燃料形态不同，火箭可以分为固体燃料火箭和液体燃料火箭两大类。

固体燃料火箭主要用的是预先混合加注的固体推进剂，发射前的准备周期短、反应迅速，比较适合提供短期大推力时使用。不过，由于固体燃料火箭的工作时间较短、加速度大不好控制、重复启动困难，在实际的火箭发射中，越来越少见了。

现在，我们见得最多的，是液体燃料火箭。

和固体燃料火箭相比，液体燃料火箭的总体运载能力强、可控性更高，整体技术目前也趋于成熟。如果说还有什么是液体燃料火箭努力的方向，“发动机燃料选择”就是其中之一。

我们先来看看最常见的液氢液氧组合。

这个组合是目前液体燃料火箭发动机燃料组合中比冲最高的。而“比冲”是用于衡量火箭或飞机发动机效率的重要物理参数，比冲越高，意味着发动机效率越高、单位重量的推进剂产生的推力越大。

准确点说，这个组合的比冲不是“最高”，是“无与伦比的高”。按照维基百科数据，液氢液氧的真空比冲能达到455秒，而液氧煤油的真空比冲仅能接近360秒。

当然，这种“无与伦比的能力”也需要代价。有航天爱好者曾调侃液氢液氧火箭，说它：又贵又胖。

一方面，液氢和液氧的沸点和凝固点不同，所需的储存条件比较苛刻。要实现二者用不同温度储存，就得砸钱；另一方面，液氢的密度太小了，只有70.85千克/立方米。要知道，水的密度可是1000千克/立方米。如此一来，想装下足够飞行的液氢，火箭的总体设计就逃不出一个“胖”。

说到这儿，你能明白为什么我们把用液氢液氧做芯级动力的长征5号称作“胖5”了吧？

胖5

除了液氢液氧，还有一个液氧煤油组合。刚刚提过，液氧煤油的理论真空比冲仅能接近360秒，性能虽然差一些，但它胜在便宜、实惠，性价比高——煤油可以在接近液氧的温度储存，不用像液氢液氧那样搞两套储存方案“砸钱”。同时，煤油的密度可以超过1100千克/立方米，储存空间也比液氢小了不少。

唯一需要考虑的是，煤油的含碳量比较高，发动机积碳现象会比较严重，不利于重复使用。但综合来看，如果只是发射低轨道卫星，它还是可以拼一拼“性价比之王”。

液氧煤油组合的猎鹰9号火箭

除了上述两种，还有一个四氧化二氮+偏二甲肼组合。

四氧化二氮+偏二甲肼组合的理论真空比冲略低于煤油，其最大的特点是：常温燃料。也就是说，不用点火，把这两个混合在一起就能直接燃烧发力。

是不是觉得这个组合还挺方便？但还得考虑一点，四氧化二氮和偏二甲肼都是剧毒的致癌物，燃烧不充分产生的四氧化二氮残留物也有剧毒和强腐蚀性。业内黑话“毒发”说的就是这个。

看到这里，其实就能理解为什么液氧甲烷组合能杀出重围了。

从功能上看，液氧甲烷的理论真空比冲接近370秒，略高于液氧煤油；

从两种燃料的组合上看，液氧和甲烷之间的温差较小，甲烷本身的密度也不低，不会像液氢液氧那样又贵又胖；

从燃烧发射上看，它既不像四氧化二氮+偏二甲肼那样有剧毒，也不像液氧煤油那样燃烧后会有严重的积碳问题，可以重复使用。

这样的组合，也难怪是各国争抢的重点。

各国争抢，发动机设计很重要

前面也提到了，研究液氧甲烷火箭的，不止我们。

各国发力的关键之一，就在于液氧甲烷发动机的循环结构设计。

从公开资料来看，目前的液氧甲烷发动机循环结构总体可以分为：开式循环（燃气发生器循环）、闭式循环（富氧）、闭式循环（富燃）、全流量（分级燃烧循环）4种。

通常情况下，液体火箭发动机都会配有一个预燃室。预燃室之所以存在，是为了先燃烧一部分燃料，推动涡轮泵将燃料和氧化剂挤到燃烧室，进而驱动发动机运转。

开式循环是直接将预燃室内燃烧产生得废气直接排放到外面。这样的设计虽然简单，但却容易造成燃烧室温度过高，有损坏涡轮叶片的风险。

相比之下，闭式循环（富燃）在一定程度上解决了这个问题。它给预燃室配备的燃料更多、氧化剂更少，利用那些不能完全燃烧的燃料平衡预燃室温度。唯一的缺点是：浪费燃料。并且，在用液氧煤油组合时，会产生结焦现象。

反过来，预燃室中的燃料少一些，氧化剂多一点，就是闭式循环（富氧）。它在一定程度上解决了液氧煤油产生的结焦问题，但燃料充分燃烧会使整体温度会非常高，对相关材料的选择上提出了更高的要求。

使用开式循环的梅林发动机

全流量分级燃烧应该可以算得上是目前最“完美”的解决方案。它直接设有两个预燃室，一个富氧、一个富燃。属于是让两种循环方式直接优劣互补了。但这种方式对技术要求非常高，放眼全球，暂时也只有“猛禽”全流量循环发动机投入使用了。

朱雀二号

据公开资料，此次的朱雀二号发动机，用的是开式循环模式。

不过，开式循环可能导致的温度过高问题，未必就是此次发射失败的原因。

官方消息称：朱雀二号的火箭一级、二级主机飞行正常，二级游机工作异常，发射任务失利。具体原因仍在进一步分析排查。

长征五号运载火箭总设计师李东也表示，像这种大型低温火箭，在全球首飞的成功率只有50%。作为全球首飞的民营液氧甲烷火箭，朱雀二号当得起一句：虽败犹荣。

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