未來(lái)復(fù)用火箭青睞液氧甲烷發(fā)動(dòng)機(jī)

近年來(lái)，重復(fù)使用運(yùn)載火箭技術(shù)研究浪潮席卷而來(lái)。液氧甲烷作為新型推進(jìn)劑組合，具備高比沖、低成本、清潔、維護(hù)使用方便等優(yōu)點(diǎn)，廣受關(guān)注。

液氧甲烷推進(jìn)劑資源儲(chǔ)備豐富，燃燒無(wú)毒無(wú)污染，冷卻特性好，雖然密度不如液氧煤油推進(jìn)劑，但比沖性能略高，故在發(fā)動(dòng)機(jī)性能方面基本持平。此外，液氧甲烷發(fā)動(dòng)機(jī)在使用成本及性能維護(hù)方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，甲烷價(jià)格僅為液氫的1/30，且能實(shí)現(xiàn)在太空中長(zhǎng)期貯存，有效減小發(fā)動(dòng)機(jī)尺寸和質(zhì)量。

由于液氧甲烷發(fā)動(dòng)機(jī)具備優(yōu)秀的綜合性能，應(yīng)用前景廣闊。在可回收重復(fù)使用火箭領(lǐng)域，相較于液氧煤油推進(jìn)劑，液氧甲烷推進(jìn)劑燃燒積碳結(jié)焦少，維護(hù)十分方便，整體生產(chǎn)成本較低，尤其適合未來(lái)大規(guī)模重復(fù)發(fā)射任務(wù)。在星際探索領(lǐng)域，考慮到甲烷在許多星球（如火星、土衛(wèi)六等）上大量存在，液氧甲烷發(fā)動(dòng)機(jī)便于通過(guò)機(jī)器人開(kāi)展外星球資源原位利用，緩解能源緊張。

國(guó)外商業(yè)航天企業(yè)正加緊研發(fā)液氧甲烷發(fā)動(dòng)機(jī)。SpaceX公司正測(cè)試的猛禽液氧甲烷發(fā)動(dòng)機(jī)采用全流量補(bǔ)燃循環(huán)，2016年進(jìn)行首次熱試車(chē)，瞄準(zhǔn)今年“星艦”入軌測(cè)試。藍(lán)色起源公司的BE-4液氧甲烷發(fā)動(dòng)機(jī)采用分級(jí)燃燒循環(huán)，計(jì)劃應(yīng)用于“火神”“新格倫”等新型火箭。其中，“火神”擬采用傘降方式實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)分段回收和再利用，有望于今年首飛，“新格倫”將采用垂直降落技術(shù)，實(shí)現(xiàn)一子級(jí)的回收復(fù)用。

猛禽液氧甲烷發(fā)動(dòng)機(jī)

為實(shí)現(xiàn)液氧甲烷發(fā)動(dòng)機(jī)的重復(fù)使用，科研人員在一系列關(guān)鍵技術(shù)上需開(kāi)展進(jìn)一步攻關(guān)工作。

第一，深度推力變比及多次啟動(dòng)技術(shù)。發(fā)動(dòng)機(jī)推力調(diào)節(jié)能力在航天器飛行軌道優(yōu)化、著陸返場(chǎng)適應(yīng)性等方面起到關(guān)鍵作用，多次啟動(dòng)技術(shù)也為優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)能量管理、適應(yīng)重復(fù)使用飛行提供了良好條件。

第二，新型材料及新工藝技術(shù)。為滿足未來(lái)火箭重復(fù)使用、低成本、發(fā)射周期短等要求，需開(kāi)展相應(yīng)的輕質(zhì)化高強(qiáng)度復(fù)合材料、低成本敏捷制造等研究，探索適合重復(fù)使用的新材料、新工藝。

第三，重復(fù)使用設(shè)計(jì)及使用維護(hù)技術(shù)?，F(xiàn)有火箭發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)體系是基于一次性使用火箭建立的，對(duì)于重復(fù)使用設(shè)計(jì)的研制經(jīng)驗(yàn)不足，也缺乏對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)重復(fù)使用維護(hù)技術(shù)的研究，整體技術(shù)成熟度較低。

盡管面臨種種困難，但隨著各項(xiàng)核心關(guān)鍵技術(shù)不斷突破，在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，液氧甲烷發(fā)動(dòng)機(jī)將取得重大進(jìn)展，成為重復(fù)使用運(yùn)載火箭的主動(dòng)力。