Space X公布猛禽3代火箭發(fā)動機，指標領(lǐng)先，我國應(yīng)爭取換道超車

從技術(shù)原理來看，全流量火箭發(fā)動機憑借所有低溫燃料和低溫氧化劑都能用于冷卻燃氣渦輪和主燃燒室管壁的優(yōu)勢，是現(xiàn)階段分級燃燒火箭發(fā)動機發(fā)展的極限。由于所有的低溫燃料和低溫氧化劑都能用于冷卻燃氣渦輪，因此燃氣渦輪的極限驅(qū)動功率可以做得更大，火箭發(fā)動機的室壓就可以做得更高。現(xiàn)有技術(shù)只有全流量火箭發(fā)動機這一種火箭發(fā)動機室壓能做到35Mpa。而全流量液氧甲烷火箭發(fā)動機是一種理論成本低廉、又不容易積碳的全流量火箭發(fā)動機，非常適合作為可重復(fù)使用火箭的發(fā)動機。

近日，Space X公司公布了第三代猛禽火箭發(fā)動機，簡稱猛禽3代火箭發(fā)動機。這是世界首款全流量液氧甲烷火箭發(fā)動機。據(jù)悉，Space X公司于2009年開始研發(fā)猛禽發(fā)動機，并在2019年7月首次測試成功，成為全球首款全流量液氧甲烷分級燃燒火箭發(fā)動機，目前已經(jīng)開始量產(chǎn)第三代猛禽全流量火箭發(fā)動機。

猛禽3代火箭發(fā)動機相比初始版本變化可謂脫胎換骨

猛禽火箭發(fā)動機從V1發(fā)展到V3，體形基本不變，直徑仍是1.3米，高3.2米，真空比沖仍為350秒，但是主要指標均發(fā)生巨大變化。

1、外形極大簡化。噴管上方外露管線極大減少，外形變得極度簡潔。

2、整機重量減掉26.7%。重量從初版2.08噸減少到1.525噸。

3、推力反增加51%。海平面推力從185噸提升到280噸。

4、推重比接近翻倍。從92.5提升到183.6。

5、造價預(yù)計減少87.5%。從200萬美元減少到25萬美元。

6、室壓提升40%。從25Mpa提升到35Mpa，堪稱世界之最。

簡而言之，猛禽3代全流量液氧甲烷火箭發(fā)動機是迄今為止最先進、性能最高、性價比最高的全流量分級燃燒循環(huán)火箭發(fā)動機，相比猛禽1代堪稱脫胎換骨。

星艦一級采用33臺猛禽發(fā)動機，如果由第一代猛禽發(fā)動機換成第三代猛禽發(fā)動機，那么僅需22臺就能超過原有推力。簡單計算就能算出，理論上星艦采用第三代猛禽發(fā)動機以后，其一級減重可達35.4噸！這是相當(dāng)驚人的指標。如果再把二級減少的重量加進去，那減重效果就更加驚人了。

我國能不能造出中國版猛禽3代全流量火箭發(fā)動機？

猛禽3代全流量火箭發(fā)動機基于猛禽1代全流量火箭發(fā)動機改進迭代2次發(fā)展而來，前后歷經(jīng)5年左右。因此，只要我能造出全流量液氧甲烷火箭發(fā)動機，那么造出中國版猛禽3代火箭發(fā)動機就只是時間問題。

全流量火箭發(fā)動機的技術(shù)難點主要集中在富氧預(yù)燃室、富燃預(yù)燃室、主燃燒室三大件上面。目前的高壓補燃氫氧火箭發(fā)動機采用的就是富燃預(yù)燃燃氣渦輪驅(qū)動，而高壓補燃液氧煤油火箭發(fā)動機采用的是富氧預(yù)燃燃氣渦輪驅(qū)動。目前我國已經(jīng)掌握高壓補燃氫氧火箭發(fā)動機技術(shù)和高壓補燃液氧煤油火箭發(fā)動機技術(shù)。利用現(xiàn)有技術(shù)進行整合測試就能造出全流量液氧甲烷火箭發(fā)動機。

由此可見，我國造出中國版猛禽3代全流量液氧甲烷火箭發(fā)動機只是時間問題。

我國全流量液氧甲烷火箭發(fā)動機研制進展情況

公開資料顯示，我國已有2款200噸級全流量液氧甲烷火箭發(fā)動機處于研制階段。

1、國家航天部門200噸級全流量液氧甲烷火箭發(fā)動機YF215已完成技術(shù)驗證。

我國航天六院研制的YF215全流量液氧甲烷火箭發(fā)動機于2023年5月15日成功進行燃氣發(fā)生器點火測試。

2024年4月份，我國運載火箭與航天工程的權(quán)威專家龍樂豪院士在講座中提到，我國海平面達200噸級推力的全流量補燃循環(huán)甲烷機YF-215已經(jīng)完成技術(shù)驗證，進行了長達千秒的試車工作。按照“八年九機”計劃，這款發(fā)動機最遲2028年就會完成研制。從目前的進度來看，有望提前到2026年。

2、藍箭航天計劃2027年研制出200噸級全流量液氧甲烷火箭發(fā)動機。

公開資料顯示，2021年底，藍箭航天啟動了200噸級全流量分級燃燒循環(huán)液氧甲烷發(fā)動機論證與研究工作，發(fā)動機代號“藍焱”（BF-20），海平面推力為2200kN，室壓26Mpa。目前，該型號已確定了發(fā)動機技術(shù)方案，預(yù)計將在2025年進行發(fā)動機整機試車，2027年完成發(fā)動機研制。

從進度節(jié)點來看，我國的200噸級全流量液氧甲烷火箭發(fā)動機與美國的進度差距不超過8年。在此強調(diào)一點，這個只是進度差距，而不是技術(shù)差距，因為現(xiàn)階段全流量火箭發(fā)動機所需的關(guān)鍵技術(shù)我國均已掌握，只是我國這類發(fā)動機啟動研制時間比較晚，才導(dǎo)致進度落后于美國Space X公司。

客觀來講，Space X公司的“星艦”確實很強大，但它與現(xiàn)有火箭相比沒有本質(zhì)差別，起飛方式和動力都沒有本質(zhì)差別。

為換道超車，我國應(yīng)重點發(fā)展空天飛機

現(xiàn)有技術(shù)能夠造出的火箭發(fā)動機最高真空比沖不會超過470秒。而全流量液氧甲烷火箭發(fā)動機再厲害，其真空比沖也還是比不上高壓補燃氫氧火箭發(fā)動機或者膨脹循環(huán)氫氧火箭發(fā)動機。全流量液氧甲烷火箭發(fā)動機理論比沖只能達到390秒，本質(zhì)是仍然是一種火箭發(fā)動機，再怎么吹捧也改變不了它只是一種火箭發(fā)動機的事實。

我國已經(jīng)造出領(lǐng)先美國至少20年的JF22超級風(fēng)洞，憑借這款黑科技裝備，我國的高超音速飛行器研制進度領(lǐng)先世界各國。其中就包括具有劃時代意義的空天飛機。

空天飛機之所以堪稱劃時代裝備，主要原因是它采用的是等效比沖遠高于火箭發(fā)動機的新概念發(fā)動機，最終將實現(xiàn)單級入軌。這種航天裝備不依賴火箭發(fā)射架，可在機場自主起降，未來有望像民航客機那樣實現(xiàn)航班化，入軌成本有望低于可重復(fù)使用火箭。因此，我國不應(yīng)該只是簡單跟在美國Space X公司后面發(fā)展全流量液氧甲烷火箭發(fā)動機和可重復(fù)使用火箭，更應(yīng)該利用我國的風(fēng)洞技術(shù)優(yōu)勢，重點發(fā)展新概念發(fā)動機，力爭通過空天飛機技術(shù)路線實現(xiàn)航天運載工具的換道超車。

令人欣慰的是，目前我國航天決策部門似乎早已意識到這點，試圖復(fù)制汽車領(lǐng)域“通過新能源汽車技術(shù)路線換道超車”的成功經(jīng)驗。

此前本博主也曾發(fā)文介紹過我國的空天飛機研制進展情況，結(jié)論就是領(lǐng)先世界各國。有興趣可以自行搜索“空天飛機”了解。