人类已经有高性能的氢氧火箭，为什么还要研发甲烷火箭

火箭与导弹有异曲同工之妙，都是一种燃气推进装置，只不过搭载的东西不一样。与汽车类似，让火箭高速运动的动力由火箭发动机提供，其依靠推进剂或者燃料燃烧后从火箭尾部高速喷出产生的反作用力推动火箭高速运动，使其最大速度达到第一宇宙速度，最终克服地球引力飞入太空。

火箭按照用途可分为运载火箭和探空火箭，发射卫星用的就是运载火箭，并且通常是多级运载火箭，各级之间通过串并联进行联接。目前的火箭使用的是化学能，按照使用燃料类型的不同，可分为固体燃料火箭和液体燃料火箭。对于多级火箭，也可在火箭不同级上分别使用固体燃料火箭发动机和液体燃料火箭发动机。

固体燃料能够长时间存储，并且推力大，航天飞机曾经使用过的固体燃料火箭发动机是这类型中推力最大的。不过，固体燃料在点燃后很难在燃料耗尽前停车，存在安全风险，而液体燃料可以在必要时切断推进剂供应来紧急停车，安全系数更高，更适合载人航天。

液体推进剂按其作用分为氧化剂和燃烧剂两类，这两种物质需要分开贮存，在火箭启飞时再用输送系统输送到火箭发动机的燃烧室。

目前液体火箭发动机使用的燃料主要是液氧煤油、液氧液氢等类型，像那种有毒且污染严重的燃料已被逐渐淘汰。比如，美国在上世纪为阿波罗载人登月计划研制的土星 5 号运载火箭，这是人类历史上最强大的火箭之一，其一级使用的是液氧煤油，二级和三级使用的则是液氧液氢。

火箭发动机的推进效率通常用比冲来衡量，其可以简单理解为：每一千克燃料产生一千克推力的持续时间，单位为秒。比冲值越大，说明发动机或者燃料的推进效率越高。

液氧液氢是一种比冲极高的火箭推进剂，性能极其强劲，目前世界各大主力火箭都广泛使用这种类型的火箭发动机，通常用在末级，但性价比并不高。

液氧煤油则是一种高性价比的火箭推进剂，不过它的比冲与液氧液氢相比还是要差上许多。

不过人类并不满足于此，马斯克的太空探索技术公司 SpaceX 在猎鹰九号火箭上使用的梅林火箭发动机用的就是液氧煤油燃料，而其为“星舰”研发的猛禽发动机用的则是甲烷燃料。SpaceX 的竞争对手，贝索斯的蓝色起源研发的 BE-4 也是一款甲烷火箭发动机。我国的民营航天公司蓝箭航天此前研制的世界第一枚甲烷火箭“朱雀 2 号”虽然首飞失利，未能进入预定轨道，但离成功也不远了。

为什么大家都在争先研究甲烷火箭呢？采用液氧甲烷燃料的火箭有什么优点？

1，液氧甲烷的比冲虽然没有液氧液氢强，但却比液氧煤油略高一点。

2，煤油燃烧时容易产生积碳结焦，而甲烷就不会，如果采用甲烷，会提高火箭回收再利用的效率，省了清理工作。

3，采用甲烷燃料的火箭发动机与氢氧火箭发动机相比，前者发动机的设计难度更低，基本上可以沿用液氧煤油那一套成熟的发动机体系，不用过多地改动。

4，液态甲烷的沸点远高于氢，与液态氧气的沸点比较接近，保存难度更低。并且液态甲烷的密度也比液态氢大，能够在有限的空间内存储更多的燃料。

5，煤油分子结构复杂，在别的星球上非常不容易找到，但甲烷在别的星球上却很容易找到或者合成，比如土卫六上就有液态甲烷形成的湖泊。同时它的制备难度也比较低，天然气直接提纯液化就行了。

总之，综合各种优缺点和性价比来说，液氧甲烷是介于液氧煤油与液氧液氢这两种燃料之间最完美的选择。

就是因为看到了其诸多优点，所以目前中国和美国等航天强国都在研发甲烷火箭。火箭的重复利用能够大大降低发射成本。采用液氧甲烷推进剂的火箭发动机的性能虽然并不比液氧煤油强多少，但在火箭的回收再利用方面，用它是更好的选择。

本文来自微信公众号：科学探索菌 （ID：kxtsj9405），作者：南沙惊梦

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