請問spaceX的猛禽 (raptor)發動機有什麼優缺點?

spacex最近放出來猛禽發動機試車圖片,據稱使用了液氧甲烷燃料。
這個發動機相對目前的梅林發動機有什麼優勢?為什麼要研發這麼一款發動機呢?


猛禽作為一款全流量分級燃燒循環液氧甲烷燃料火箭發動機,優缺點其實就是甲烷燃料和全流量分級燃燒循環的優缺點
甲烷的優點,首先易獲得、廉價、不易結焦;缺點就算在軌存儲還是有一些壓力,而且相比氫氧燃料比沖低,相比煤油密度比沖低。以10一級干質比、450秒級比沖的半人馬座上面級類比,相同速度增量採用猛禽就需要把干質比提升到25以上……
全流量分級燃燒循環就比較特殊了,嚴格意義上說這種循環方式近乎完美,沒有缺點……
分級燃燒循環嚴格意義上有三種。去掉猛禽的全流量分級燃燒循環,太空梭主發動機SSME的分級燃燒循環實際上是高壓補氧,也就是說,在預燃室里,燃料是過剩的,引入部分的氧化劑燃燒後驅動渦輪,過量的燃料用來冷卻。優點是燃料全部通過預燃,燃燒徹底,室壓也可以做大,比沖較高,缺點就是預燃室很難密封,因此造價很高
而RD180和YF100採用的高壓補燃恰好反過來,預燃室氧化劑過剩。優點是適用於燃料易結焦的煤油燃料,而且密封問題較容易解決。缺點嘛……首先比沖低一些,而且預燃室後的燃氣全部富氧,燃料稍有異物就非常容易爆炸……NK33和RD170這倆兄弟炸的OSC和海射欲仙欲死……
全流量分級燃燒循環的優點就是綜合以上,氧化劑泵富氧,燃料泵富燃,密封易解決,氧化劑燃料全部經過預燃燃燒效率更高,理論比沖更高。
具體到猛禽上,最大的缺點實際上是室壓高,高達30兆帕,而之前室壓最高的炸彈RD170室壓也不過28兆帕左右,因此炸了可不是幾層鋁合金和凱夫拉能夠隔離住的……


首先需要強調的是,我們中國的馭龍航天研發的甲烷發動機在此之前已經試車了,可見在甲烷這塊我們中國的年輕人還是領先全世界的,SpaceX緊隨其後。也恭喜馬斯克的SpaceX加入甲烷俱樂部!
甲烷發動機其實算不上最完美的化學燃料發動機,如果不差錢,氫氧機依然是最好的。但對於商業公司來說,都是要考慮盈利,所以需要平衡經濟性,而甲烷發動機就正好兼具了氫氧機和煤油機的優點,單位輸出功率所需的燃料密度比氫氧機大,造價和對整箭工藝要求也沒氫氧機那麼高,比沖又比煤油機高,解決積碳問題。是未來商業航天的重要發展方向。


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