未来复用火箭青睐液氧甲烷发动机

近年来，重复使用运载火箭技术研究浪潮席卷而来。液氧甲烷作为新型推进剂组合，具备高比冲、低成本、清洁、维护使用方便等优点，广受关注。

液氧甲烷推进剂资源储备丰富，燃烧无毒无污染，冷却特性好，虽然密度不如液氧煤油推进剂，但比冲性能略高，故在发动机性能方面基本持平。此外，液氧甲烷发动机在使用成本及性能维护方面具有明显优势，甲烷价格仅为液氢的1/30，且能实现在太空中长期贮存，有效减小发动机尺寸和质量。

由于液氧甲烷发动机具备优秀的综合性能，应用前景广阔。在可回收重复使用火箭领域，相较于液氧煤油推进剂，液氧甲烷推进剂燃烧积碳结焦少，维护十分方便，整体生产成本较低，尤其适合未来大规模重复发射任务。在星际探索领域，考虑到甲烷在许多星球（如火星、土卫六等）上大量存在，液氧甲烷发动机便于通过机器人开展外星球资源原位利用，缓解能源紧张。

国外商业航天企业正加紧研发液氧甲烷发动机。SpaceX公司正测试的猛禽液氧甲烷发动机采用全流量补燃循环，2016年进行首次热试车，瞄准今年“星舰”入轨测试。蓝色起源公司的BE-4液氧甲烷发动机采用分级燃烧循环，计划应用于“火神”“新格伦”等新型火箭。其中，“火神”拟采用伞降方式实现发动机分段回收和再利用，有望于今年首飞，“新格伦”将采用垂直降落技术，实现一子级的回收复用。

猛禽液氧甲烷发动机

为实现液氧甲烷发动机的重复使用，科研人员在一系列关键技术上需开展进一步攻关工作。

第一，深度推力变比及多次启动技术。发动机推力调节能力在航天器飞行轨道优化、着陆返场适应性等方面起到关键作用，多次启动技术也为优化发动机能量管理、适应重复使用飞行提供了良好条件。

第二，新型材料及新工艺技术。为满足未来火箭重复使用、低成本、发射周期短等要求，需开展相应的轻质化高强度复合材料、低成本敏捷制造等研究，探索适合重复使用的新材料、新工艺。

第三，重复使用设计及使用维护技术。现有火箭发动机设计体系是基于一次性使用火箭建立的，对于重复使用设计的研制经验不足，也缺乏对于发动机整机重复使用维护技术的研究，整体技术成熟度较低。

尽管面临种种困难，但随着各项核心关键技术不断突破，在可预见的未来，液氧甲烷发动机将取得重大进展，成为重复使用运载火箭的主动力。

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