在商业航天的创新发展过程中,液氧甲烷技术的研发意义重大,尤其是与不锈钢材料相结合时,展现出了卓越的性能和潜力。从宏观环境来看,国家政策正大力支持商业航天,为核心技术突破注入源源不断的动力。在此背景下,各类资本加快赋能优秀商业航天企业,商业航天迎来新机遇。
近年来,国家鼓励社会资本进入航天领域,鼓励民企参与到国家民用空间基础设施建设以及研制、发射和运营商业遥感卫星中来。党的二十届三中全会审议通过的《中共中央关于进一步全面深化改革、推进中国式现代化的决定》提出,完善推动包括航空航天在内的战略性产业发展政策和治理体系,引导新兴产业健康有序发展。
在初创期,商业航天企业融资需求主要集中在技术开发、原型制造以及市场调研等。这一阶段的融资往往依赖于天使投资、风险投资或政府补助等。随着企业逐渐进入成长期,融资需求方面,企业可能需要更多的资金用于扩大生产、设备购置、团队扩展以及市场营销等,此阶段需要更多资本的支持。在成熟期,商业航天企业融资需求主要用于业务扩展、技术升级及国际化发展等。企业可能会寻求更大规模的融资方式,以支持其长期战略目标。
商业航天迅速发展的背后离不开金融的支持。商业火箭研制作为一个由研发、测试、生产、物流、发射、回收等环节组成的复杂系统性工程,具有门槛高、周期长、投资大的特点,因此,引入战投及投融资在民营火箭公司发展中意义重大。业内专家表示,从研制商业火箭至试飞、服役,需要很多资金投入,商业火箭需要耐心资本、民间资本的支持。
当前,液氧甲烷发动机备受商业航天企业青睐。在低成本、大规模深空探测等需求牵引下,液氧甲烷技术更具优势,凭借低成本、轻便、清洁等特点,在商用火箭领域备受重视,逐渐成为重要的研究领域。
液氧甲烷是由液态氧气和甲烷混合而成,液氧作为氧化剂,沸点约为零下183摄氏度,甲烷作为还原剂,沸点约为零下161摄氏度,两者较为接近,所以液氧甲烷火箭可以使用共底储箱;另外,甲烷的可挥发性强,因此储箱可以采用自生增压设计。这样一来,火箭的储箱重量、长度都可以降低,有助于火箭箭体减重并增强运载能力。
不同推进剂组合的发动机性能
从液氧甲烷发动机性能分析,对比了相同室压和喷管面积比下液氧甲烷、液氧煤油和液氧液氢三种不同推进剂组合发动机的性能。液氧甲烷火箭发动机同时拥有相对较优的理论比冲和密度比冲,适合作为高性能一级可重复使用主动力发动机。
液氧甲烷,在大力发展可回收复用火箭的当下,显得尤为重要。在冷却效果上,甲烷能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,甲烷燃烧后不易结焦积碳,利于开发可回收发动机。
近年来,中国商业航天和火箭发射领域不断取得实质性的技术突破和能力提升。我国已有液氧甲烷火箭成功入轨,填补商业航天空白,对标世界一流水平。
在蓬勃发展的航天事业中,除了发动机的选择外,材料路线的抉择同样重要。在材料与结构方面,中国商业航天将目光投向了不锈钢。从利用率到延伸率,不锈钢的优势显而易见。选择不锈钢这种广泛应用于民间的工艺和材料,可以解决产能匹配问题,并大幅降低成本。
不锈钢的主要优势是耐高温,同时符合商业航天领域越来越重视的低成本、经济性、盈利等考量。有专家表示,火箭如果要实现真正的航班化运营,不锈钢+液氧甲烷或许是最佳方案之一。
业内航天技术专家表示,此前制造火箭的材料主要是铝合金,但铝合金的材料利用率较低。相比之下,不锈钢直接使用冷轧薄板进行卷焊,可以将材料利用率提升到80%以上,这样箭上一公斤不锈钢结构的成本比箭上一公斤铝合金结构的成本要低两个数量级。
2024年1月,《北京市加快商业航天创新发展行动方案(2024—2028年)》正式公布并提出,力争三年内完成百公里级亚轨道火箭回收飞行验证,五年内实现可重复使用火箭入轨回收复飞,大幅度降低发射成本。可重复使用火箭是指运载器从地面起飞完成预定发射任务后,全部或部分返回并安全着陆,经过检修维护与燃料加注,可再次执行发射任务。攻关可重复使用火箭,无疑已成为中国在商业航天的重点任务之一。
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