【文/观察者专栏作者 流纹岩】

12月3日，朱雀三号大型两级重复使用液氧甲烷运载火箭从酒泉卫星发射中心LC-96B发射工位发射升空。火箭于北京时间12:00点火起飞，经历一二级分离，整流罩分离，二级二次点火，最终成功将模拟载荷送入预定轨道。

火箭第一级则在甘肃省武威市民勤县附近的陆上回收场进行了着陆尝试，成功完成格栅舵展开，再入点火开机和关机并坚持到着陆点火前。但着陆点火开始约3秒后就发生发动机失效，并引发尾舱火灾，导致火箭最终坠落于距离场坪中心点67.2米附近的地面上，未能实现一级回收。

朱雀三号遥一首飞

从朱雀二号到朱雀三号

蓝箭航天成立于2015年，以国家战略为指引，以市场需求为导向，致力于研制以液氧甲烷作为推进剂的中大型运载火箭系列产品，为全球市场提供高性价比、高可靠性的发射服务。蓝箭航天的朱雀二号液氧甲烷运载火箭项目于2017年9月立项；2018年12月启动方案阶段研制工作。

以液氧甲烷为推进剂的朱雀二号运载火箭为两级构型，箭体直径3.35米，全箭高度49.5米，起飞重量219吨，起飞推力268吨。整流罩最大直径3.35米，全长8.237米。火箭第一级采用4台天鹊-12型80吨级液氧甲烷发动机并联，第二级采用1台天鹊-12型80吨级液氧甲烷发动机和1台天鹊-11型10吨级游动液氧甲烷发动机组合而成。

2023年7月12日，朱雀二号遥二火箭在酒泉卫星发射中心执行复飞任务，火箭工作正常，顺利完成了预定飞行计划、将模拟载荷送入轨道。在此次首飞成功后，朱雀二号火箭成为全球首枚成功入轨的液氧甲烷火箭，蓝箭航天成为世界第九家、中国第四家实现火箭入轨的民营公司，标志着我国运载火箭在新型低成本液体推进剂应用方面取得突破。

在朱雀二号遥二火箭成功入轨的5个月后，朱雀二号遥三火箭于2023年12月9日在酒泉卫星发射中心成功发射，将鸿鹄卫星、天仪33卫星及鸿鹄二号卫星送入460千米太阳同步轨道，该型火箭成功执行一箭多星商业发射任务，代表蓝箭航天在商业化运营能力建设方面取得了稳步进展。

本次“一箭三星”商业发射任务胜利收官，标志着朱雀二号作为全球首款连续发射成功的液氧甲烷运载火箭，其技术状态成熟度和稳定性得到进一步验证，可靠性达到商业化发射交付要求。蓝箭航天也成为国内民商航天中最早实现中大型液体运载火箭连续发射成功的企业，率先开启了国内主流液体火箭规模化商业发射的新阶段。

至此，蓝箭航天作为国内唯一依靠自主研制的液氧甲烷发动机实现火箭连续入轨的企业，凭借三发试验箭充分验证了朱雀二号的总体及各分系统方案的正确性、协调性，为火箭和发动机产品的后续设计改进和可靠性提升积累了飞行子样和良好的数据基础，为朱雀三号可重复使用液氧甲烷运载火箭的研制打下了坚实基础。

经过朱雀二号火箭、VTVL-1试验箭和朱雀二号改进型火箭研制与发射的技术积累，蓝箭航天推出了朱雀三号可重复使用液氧甲烷运载火箭，箭体直径4.5米，整流罩直径5.2米，全箭总长76.6米，起飞质量约660吨，起飞推力约900吨，低轨运载能力达21.3吨。箭体整箭配备了4组可展收式栅格舵作为气动操纵面，用于第一级气动减速段的姿态调整与落点控制；尾部安装着陆腿，实现第一级回收时的垂直着陆。

进入2024年后，朱雀三号采用的天鹊-12B发动机开发似乎遇到了一些问题。从2023年底开始，蓝箭航天就计划使用朱雀二号E火箭上的发动机并将其增加推力至80吨，为首飞的朱雀三号运载火箭提供动力，用一个“削减型”朱雀三号运载火箭执行首飞任务。“削减型”朱雀三号的起飞质量为570吨，一次性发射近地轨道运载能力11.8吨，回收运力指标8吨。

朱雀三号遥一火箭的尾部

朱雀三号是中国首款不锈钢液体运载火箭，其贮箱结构采用高强度不锈钢材料，其材料选型、结构形式、焊接工艺与生产设备方面，均在国内具有高度的原创性。不锈钢箭体结构可以大幅降低火箭的制造成本，缩短生产周期，耐高温的性能在火箭多次返回、重复使用上具备明显优势。

另外，基于液氧甲烷成本低廉，甲烷发动机不积碳、易维护的特质和可全生命周期监测的属性，朱雀三号火箭第一级发动机在火箭回收后理论上可实现不下箭检查，加注完成即可再次飞行，实现真正的航班化运营，发射成本相较一次性使用火箭可降低80-90%。

朱雀三号发射升空

虽然朱雀三号首飞的成功，证明了该火箭具备将有效载荷送入地球轨道的能力，但该型火箭的首飞运力其实严重低于预期。除了首飞本身就很保守以及严格的落区限制外，火箭本身仍然存在一系列问题，最明显的还是超重。

虽然这是国内首次使用不锈钢建造火箭贮箱，其具体的性能验证还有待确认，但存在不锈钢贮箱超重问题的并不只有蓝箭，隔壁星舰在将不锈钢低温强化至1300-1400MPa时仍然不够，其v2版只有35吨运力（半人马座的液氮冷轧强化工艺可以让不锈钢的强度提高到2200MPa，但其造价极其昂贵，且对温度变化非常敏感，可能不适合用于重复使用火箭）。而蓝箭在朱雀三号的削减版上更换了一部分铝合金结构来缓解这个问题，并且后续还将继续修改贮箱设计以减轻质量。但我们尚不能确定它什么时候能够达到计划的运力水平。

成为可回收火箭

火箭重复使用，首先需要能够“落得回来”。这意味着火箭第一级在分离后需要完成调姿、再入点火和着陆等各个阶段。这对重复使用火箭的设计水平提出了非常高的要求，首先其搭载的发动机必须具备多次起动能力，且必须在再入过程中能够稳定可靠地启动。

例如美国太空探索技术公司（SpaceX）的猎鹰9号火箭在典型重复使用任务中，第一级关机分离后先进行姿态调整，随后在高空无动力滑行至110千米以下、再入大气层，在70千米高度进行再入点火（REB），将进入动压降低后借助空气减速，最后在3千至4千米高度、减速至亚音速时进行最终着陆点火（FLB）。如果需要让第一级火箭进行返场回收，还需要在第一级分离后进行被称为“返回发射场点火”（BBB）的快速掉头点火。

而重复使用运载火箭最大的难点在于其第一级火箭返回飞行过程中的推进剂管理。运载火箭发动机贮箱内时刻存在着由推进剂组成的液体部分和用于进行增压的气体部分（气枕），而位于贮箱底部的发动机入口管路需要确保只有液体流入，如果混入气体（夹气）会导致发动机高速旋转的涡轮泵被破坏，因此需要确保发动机入口不夹气，这就需要进行推进剂管理。

在重复使用飞行任务中，第一级一次关机至二次启动期间火箭基本在微重力下飞行，推进剂将完全“放飞自我”，在推进剂贮箱中飘荡，如果发动机直接点火，势必出现夹气，可能导致贮箱内推进剂异常燃烧并引发爆炸。

以蓝色起源公司新格伦火箭首飞为例，其采用3台发动机同时点火的策略，但因为入口压力不足使得发动机进入了一种特殊的气液平衡状态，泵中充满了气液混合物，从而导致发动机无法可靠点火，最终第一级火箭被动压撕碎。而在第二次飞行中，蓝色起源增加了增压输送装置提供的入口压力使得3台发动机顺利点火，支持新格伦火箭成功在回收船上降落。

朱雀三号一级坠落在着陆场上

保守来说，这些问题需要在火箭第一级推进剂贮箱内设置一个装置，以确保二次点火前有足够的推进剂能流入发动机使其正常点火。在较小的上面级一般会设置由不锈钢网和隔板等组成的表面张力蓄液结构以实现推进剂晃动的抑制，这种设计被称为“全管理贮箱”。但由于第一级火箭的尺寸巨大，如果在其中全部安装各种表面张力蓄液金属网/隔板结构，所付出的质量代价将不可想象。