朱雀二号运载火箭(蓝箭航天自主研制的新型液氧甲烷火箭)

朱雀二号（简称：ZQ-2，英文名：Zhuque-2 carrier 火箭是中国北京蓝箭航天空间科技股份有限公司研发的一款民商用新型液氧甲烷火箭。该火箭为两级构型，全箭高度47.3米，箭体直径3.35米，起飞质量220吨，起飞推力282吨。200千米低地球轨道运载能力（LEO）6000千克，500千米太阳同步轨道运载能力（SSO）4000千克。

2022年12月14日16时30分，朱雀二号遥一运载火箭首次发射失败。2023年7月12日，朱雀二号遥二运载火箭在中国酒泉卫星发射中心发射成功，火箭进入预定轨道飞行，试验任务取得成功。2023年12月9日07时39分，朱雀二号遥三运载火箭在中国酒泉卫星发射中心发射升空，成功将搭载的鸿鹄卫星、天仪33卫星及鸿鹄二号卫星顺利送入预定轨道。

朱雀二号的连续发射成功，标志着朱雀二号作为全球首款连续发射成功的液态氧甲烷运载火箭，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。开启了中国主流液体火箭规模化商业发射的新阶段。

发展历史

研发背景

甲在成本和可复用方面有着较大的优势，且随着可回收、可复用的运载火箭成为行业发展趋势，世界主要航天强国都在积极开展“天鹊”发动机技术和火箭技术的研制工作。

与煤油相比，甲烷可以工业化大批量生产、价格便宜，其液态时的温度与液氧接近，使用维护要求也相近。另外，甲烷燃烧产物洁净，无积炭，发动机使用后无需清洗，重复使用场景下对发动机的维护保养与液态氧煤油相比要友好得多，因此，甲烷是一种非常适合商业火箭使用的推进剂。

蓝箭航天作为一家商业公司，追求更低的成本、更高的发射频次、更加工业化的配套体系，液氧甲烷可以满足这种需求，并且更容易获取，对火箭及发动机的修复也更加有利。并且在过去60多年里，中国围绕液氧煤油发动机、氢氧发动机等已经做了很多开发工作，而且产品都非常成熟，在此背景下，为了实现新的突破并在市场获得一席之地，蓝箭航天希望通过研制液氧甲烷火箭实现更低的成本，并形成一定的竞争力，同时填补国内航天领域的空白，朱雀二号运载火箭就此诞生。

研制历程

朱雀二号遥一运载火箭

2017年9月，朱雀二号运载火箭立项，同年12月底完成型号方案论证，转入方案设计。

2018年3月，TQ-12“天鹊”发动机推力室设计工作完成。

2018年7月，蓝箭航天在京宣布，公司自主研发的中型液态氧甲烷运载火箭朱雀二号已经于2018年6月完成全系统设计工作。

2018年7月底，蓝箭航天自主研制的2000N双组元姿轨控发动机试车取得圆满成功。

2018年9月1日，TQ-12短喷管状态推力室顺利交付，与全状态推力室相比，短喷管状态推力室不包含喷管延伸段，喷口面积比为4：1。

2018年10月9日，TQ-12短喷管状态推力室点火试车成功。验证了喷注器在低工况下的燃烧效率，探索喷注器的节流工作下限；验证了推力室低工况下的燃烧稳定性，获得压力波动及相关的震动数据；验证了再生冷却与气膜复合冷却方案的热防护性能，获得甲烷超临界换热性能数据；验证了喷注器结构和材料新方案的可靠性；为后续产品的试验打下了的基础。

2019年6月，朱雀二号运载火箭进入初样研制阶段。

2020年5月13日，朱雀二号火箭控制系统与TQ-12发动机匹配验证成功，顺利完成第三次摇摆试车点火试验，点火时长200秒。试验成功标志着80吨“天鹊”发动机TQ-12成为全球首台通过泵后摆火箭发动机技术验证的大推力液氧甲烷发动机。这次试验是TQ-12液氧甲烷发动机和朱雀二号运载火箭初样研制阶段的重要突破。

2020年7月14日，朱雀二号完成了控制系统与TQ-11二级游机发动机匹配性验证。其二级游机10吨级“天鹊”发动机TQ-11完成了单次时长达3000秒的热试车考核，达到了国内民营泵压式低温液态火箭发动机单次试车时间最高纪录，发动机各项技术指标满足火箭总体要求。

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TQ-12和10吨级的TQ-11“天鹊”发动机组合而成。

2021年1月，朱雀二号运载火箭完成了整流罩分离试验，试验验证了整流罩分离火工品的工作性能、工作时序以及整个分离动作的全过程，分离过程各项参数符合设计要求，证明了分离设计的合理性和接口协调性，为朱雀二号的首飞奠定了坚实的基础。

2021年9月底，朱雀二号运载火箭转入试样研制阶段

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12月14日16时30分，朱雀二号遥一运载火箭在中国酒泉卫星发射中心点火起飞，一级飞行、一二级分离、二级点火、整流罩分离均正常，二级主机关机后游机异常关机，发射任务失利。故障原因经查明是由于二级游机异常关机故障定位于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。

朱雀二号遥二运载火箭

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4日，朱雀二号遥二运载火箭从蓝箭航天嘉兴火箭制造基地出征，途经数十个省市，历经3700余公里，共历时9天，于2023年5月12日顺利抵达酒泉卫星发射中心蓝箭航天火箭发射场。

2023年7月12日9时00分，朱雀二号遥二运载火箭在中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。

朱雀二号遥三运载火箭

2023年5月底，蓝箭航天自主研制的朱雀二号（遥三）运载火箭主要部组件齐套，在蓝箭航天嘉兴火箭制造基地开始总装工作。这是朱雀二号运载火箭第一批次验证箭的第三发。

2023年12月1日，朱雀二号遥三运载火箭转运至发射区。

2023年12月9日7时39分，朱雀二号遥三运载火箭在中国酒泉卫星发射中心发射升空，将搭载的鸿鹄卫星、天仪33卫星及鸿鹄二号卫星顺利送入预定轨道，发射任务获得圆满成功。

未来改进

TQ-12A

TQ-12A发动机于2021年2月立项并启动研制，在充分继承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米每秒、重量减轻100千克。

未来，TQ12A有望在朱雀二号运载火箭第一级亮相。

TQ-15A

TQ-15A发动机与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836kN，可实现60%~110%深度变推。

与现役的朱雀二号火箭二级发动机相比，其优势表现在：1）取消游机，降低了系统复杂度，重量减少约400kg；2）具备±4°双向摇摆功能，无需游机即可进行姿态控制；3）具备三次点火与深度变推功能，可以满足多种弹道需求；4）使用泵前摆布局方案，减小了泵-推间距，提高了结构紧凑度；5）涡轮泵应用端面密封技术，减小漏率，简化了火箭发射流程；6）涡轮泵改为双级涡轮，提高效率的同时减小了发动机尺寸；7）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，朱雀二号火箭第二级TQ-12主机与TQ-11游机的方案将取消，取而代之的是TQ-15A的80吨级可变推力泵前摆“天鹊”发动机。

YQ-10

YQ-10辅助动力系统配套于朱雀二号液态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态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。

技术特点

总体设计

朱雀二号液氧甲烷运载火箭为两级构型，全箭高度47.3米。火箭一级采用4台“天鹊”-12（TQ-12）80吨级“天鹊”发动机并联，二级采用1台“天鹊”（TQ-12）80吨级液氧甲烷发动机和1台“天鹊”-10（TQ-10）10吨级游动液氧甲烷发动机组合而成。

箭体结构

箭体结构主要由整流罩、第一级、第二级组成。

整流罩

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8.24米，为河蚌式结构，由非金属端头帽和蒙皮檩条结构的锥段、柱段共同组成。

整流罩位于运载火箭的最前端，在火箭于大气层内高速飞行过程中起到调整气流形态的作用，同时保护有效载荷不受气动力、气动热及声振等有害环境的影响。大型液体火箭整流罩要求在大气层飞行过程中能够牢固可靠的与箭体连接在一起，经受飞行气流的高速冲刷，为有效载荷提供良好的罩内环境。

第一级

朱雀二号运载火箭第一级主要由一级发动机、尾端、一级燃箱、一级输送管长排罩、一级箱间段、一级输送管及增压管长排罩、一级氧箱组成。一级发动机采用四台“天鹊”-12（TQ-12）80吨级“天鹊”发动机并联。

第二级

朱雀二号运载火箭第二级主要由二级发动机、二级燃箱、二级输送管及增压管长排罩、二级箱间段、二级氧箱组成。二级发动机采用一台“天鹊”-12（TQ-12）80吨级液氧甲烷发动机和一台“天鹊”-10（TQ-10）10吨级游动液氧甲烷发动机组合而成。两机共用控制、吹除模块。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。

动力系统

朱雀二号运载火箭发动机采用“天鹊”-12（TQ-12）80吨级“天鹊”发动机和“天鹊”-10（TQ-10）10吨级游动液氧甲烷发动机。

推进剂

朱雀二号发动机推进剂全使用液态氧甲烷。

这是由于煤油与甲烷的比冲基本相同的；但在冷却效果上，甲烷展现出作为低温燃料的优势，得益于比热容指标，其综合冷却能力是煤油的3倍以上，并且作为含碳燃料，不易结焦积碳，这对于发动机实际使用效果来说更加“友好”，因此甲烷更适合推力室的冷却，特别是长寿命的可重复使用发动机。

液氧作为氧化剂，沸点约为-183℃，甲烷作为还原剂，沸点约为-161℃，两者较为接近。便于使用低温推进剂共底储箱，从而有效降低储箱质量，缩短长度，促使火箭箭体减重，增强运载能力，还可以弥补在组合密度上的劣势。此外，甲烷的可挥发性强，因此储箱可以采用自生增压设计，进一步助力高效减重。

循环方式

朱雀二号运载火箭“天鹊”发动机均采用燃气发生器循环。

燃气发生器循环系统简单、压力低，对材料、工艺的要求低，研制难度较低、周期较短、投入较少、成本较低、性能适中，更适合规模较小的商业航天公司。同时，更为重要的是发动机的力、热环境较好，便于实现重复使用。

发动机设计

朱雀二号运载火箭液氧甲烷发动机采用燃气发生器循环，单台推力室、同轴式涡轮泵、泵后摇摆、发射药点火（后期采用火炬点火实现多次点火）、分级起动、自生增压。

氧化剂供应系统：由主系统和副系统组成，包括氧泵、氧主阀、氧副阀、推力调节阀、节流圈及相应管道等组成。

燃料供应系统：由主系统和副系统组成，包括燃料泵、燃料主阀、燃料副阀、混合比调节阀、节流圈及相应管路等组成。

燃气系统：由推力室、燃气发生器、燃气导管、涡轮及排气管组成。主要功能是驱动涡轮做功，为氧冷却器提供加热热源，组织燃烧产生推力。

控制与吹除系统：由控制气瓶、吹除气瓶、自锁电磁阀、控制电磁阀及相应管路、电缆等组成。主要功能是控制阀门的打开、关闭，并提供吹除气源。

点火起动系统：由发射药点火器、火药起动器及相应电缆等组成。主要功能是在发动机起动时，带动涡轮泵起旋，点燃推力室、燃气发生器中的推进剂。

预冷回流/泄出系统：主要由吹除高压止回阀、节流圈、预冷泄出阀、预冷回流阀及相应管道组成。主要功能是发动机预冷时完成推进剂的回流、泄出与排放。

贮箱增压系统：由氧自生增压系统和燃料自生增压系统组成，包括增压气蚀管、增压单向阀、节流圈、冷却器及相应管路等组成，主要功能是为贮箱提供增压气源。

调节系统：由推力调节阀、混合比调节阀和控制电机组成。通过电机运转，改变调节阀的流通面积，调节系统流量和压力，实现推力和混合比调节。

推力矢量控制系统：由常平座、软管和伺服机构组成。通过伺服机构控制推力室摆动，从而控制推力方向。

热防护系统：由隔热包覆层等组成，主要功能是对低温及高温部件进行包覆，减少低温部件和高温部件的热传导。

控制系统

朱雀二号运载火箭控制系统通过大功率机电伺服实现高精度控制　伺服系统作为调整火箭姿态的核心部件，布置在火箭发动机舱，负责通过接收控制指令，推拉火箭发动机产生相应角度变化，实现对火箭姿态的精准操控，其可靠性与性能直接关系到火箭能否精准将卫星送入预定轨道。

朱雀二号采用中国首创的“天鹊”发动机推力转级控制技术，利用发动机推力调节能力和火箭自重对火箭进行牵制，对发动机系统的起动工作状进行评估，评估合格后控制发动机推力转级至100％工况，火箭起飞离台，提升火箭发动机点火的安全性。

发射保障

朱雀二号运载火箭首次实现低温液体火箭无人值守测控发射能力。在国内首次具备低温加注远距离无人值守测控发射能力实现真正意义上的高安全性。创新性地采用低温连接器零秒脱落及防护技术，极大提高了故障状态和点火异常时低温液体火箭的后处理安全性。

性能参数

发射记录

飞行时序

成就与影响

首创成就

积极影响

2023年5月，中国载人航天工程发布《关于征集空间站低成本货物运输系统总体方案的公告》为进一步降低空间站上行货物运输成本，增强上行货物运输的灵活性，探索发展商业航天模式。

朱雀二号遥二火箭的成功发射，是商业航天重要的一步。发展商业航天，让运载火箭技术研制有了更多试错可能，也为卫星等载荷在新型消费领域提供惠民服务提供更多发展机遇。此外，液氧甲烷燃料的成功运用，对于探索火星等人类社会太空探索更长远目标，也有着巨大意义。可以想见在未来，会有更多商业航天公司自主研发的运载火箭成功上天，而有了这些来自民间、来自市场、来自社会的航天力量，中国航天事业必将走得更快、更远。