我国自主研制的80吨级可重复使用液氧甲烷火箭发动机近日成功进行了首次额定工况200秒长程试车。该发动机将为我国商业航天运载火箭提供主动力，同时，为可重复使用运载器的发展奠定重要技术基础。

此前，中国民营液氧甲烷火箭朱雀二号首飞失利，不少人都在担心“国产液氧甲烷发动机”会不会就失去了动力，受挫了？那真相到底是什么？为什么这样说？

1、朱雀二号首发失利后续：归零评审

在2022年12月，我国首次进行了液氧甲烷火箭朱雀二号首飞，在点火之后，一级飞行、一二级分离、二级点火、整流罩分离均正常，二级主机关机后游机异常关机，发射任务失利，这也标志着朱雀二号首发失利。

当然朱雀二号的失利，也让不少人直接想到了朱雀一号。

没错，其实在朱雀二号之前，我国还发射了朱雀一号，但是很遗憾，也失败了。

朱雀一号又名“朱雀·南太湖”，是一款自主研发的三级运载火箭，全箭总长19米，箭体直径1.35米，起飞重量27吨，起飞推力45吨，但是在2018年10月，搭载微小卫星“未来号”发射升空之后，该卫星没有进入到预定的轨道，所以最终也宣布失利了。

这一次的原因是因为三级在飞行过程中出现异常。

当然，虽然出现了失利，但是这一次事件成为了中国首枚发射的民营运载火箭，开创了中国民营火箭的先河。

而在朱雀一号之后，就开启了朱雀二号的研发，并且在一定程度上进行了升级，整体的实力也提升了一个级别。

朱雀二号是一款两级液体运载火箭，直径3.35m，全长49.5m，总重216吨，起飞总推力268吨，500km高度太阳同步轨道运力4吨，200km近地轨道运力6吨，可以将两辆标准SUV轿车同时送入太空。

从这个数据对比，完全是提升了一个量级，那这个难度也就提升了，而且，朱雀二号配备的“天鹊”发动机是一款以液氧甲烷为推进剂的发动机，完全由企业自主研发，也开创了国产液氧甲烷发动机的新进程。

然而，在首次飞行过程之中，又出现了失利，火箭一级、二级主机飞行正常，二级游机工作异常，发射任务失利，也让很多人“心灰意冷”了，觉得中国的“国产液氧甲烷发动机”受挫，未来的路更不好走。

然而，通过后续的报道情况来看，归零评审，其实已经说明了对“国产液氧甲烷发动机”的一个新格局改变，那到底是受挫改变，还是进一步提升的改变呢？我们就来说明。

2、国产液氧甲烷发动机真受挫了吗？

首先可以说明的是，液氧甲烷发动机的研究就非常的困难，在我国进行朱雀二号发射之前，可以说运用较多的也只有美国了。

然而，液氧甲烷发动机又是未来的主力发动机研究方向，所以中国必须走这一条路线。

液氧甲烷发动机的最大特点就是——无毒环保、高可靠、高性能、低成本、易操作、可重复使用等特点。

所以，它的研究其实也是未来世界主力研究的对象。

而从中国的研发历程来看，可以说并不太久远：

2006年，我国开展了60吨级液氧甲烷发动机关键技术研究，过后实现多项技术的突破，成为了国际上首次60吨级液氧甲烷发动机试验。过后我国继续进行对“国产液氧甲烷发动机”的研究突破。

2017年，我国先后完成了燃气发生器试车、短喷管推力室试车、半系统试车等重大试验。

2019年，我国80吨液氧甲烷发动机——“天鹊”(TQ-12)20秒试车在浙江湖州圆满成功，这是在首次液氧甲烷发动机试验之后的再一次提升。

2022年，再次进行了对“天鹊”真空型液氧甲烷发动机（ TQ-15A）的首次全系统热试车，也成功了。

2023年2月，我国80吨级可重复使用液氧甲烷火箭发动机，成功进行了首次额定工况200秒长程试车，并且成功了，同时为可重复使用运载器的发展奠定重要技术基础。

所以，依照“国产液氧甲烷发动机”的研究速度来看，其实中国的“国产液氧甲烷发动机”研究速度相当地快。

不过，对于朱雀二号来说，一级火箭采用的是4台745千牛的TQ-12液氧甲烷发动机，二级发动机为一台真空优化版的TQ-12发动机，相当于是对液氧甲烷发动机最为合理的布局，并在成本上是大大地下降了。

所以，是具有极大的优势的，如果首次成功了，那对我国的整体航天发展都是极大的推进。

然而，后续查明故障原因，通过归零评审。那是不是意味着“国产液氧甲烷发动机”真受挫了？

其实并不是，反而增强了该公司对火箭的一个改造，所以，反而是一件好事情。在首次失利之后，该公司进行了定位故障原因、分析故障模式和故障机理。

并且通过各种方式锁定了故障原因和故障机理，是因为游机氧输送管与氧泵低压壳体连接部位刚度不匹配，低压壳体存在强度裕度不足，在主机关机水击作用下氧泵低压壳体破裂，引发游机异常关机故障。

过后，该公司——蓝箭航天就启动了再次测试机制，在发动机地面试车中故障复现，也就是再次看到了这个问题。

所以，就采取的改进措施经验证有效，彻底解决了这个问题。

并且，没有做类似于其他部分航天公司的“0启动重新研究、改进”，所以，又是一次提升，反而是一件好事情，那也就是通过归零评审了，这就是真相，这个说明很多人应该明白了吧。

而且，这次归零评审之后，该公司也就可以快速启动朱雀二号遥二运载火箭的总装总测工作，迅速落实故障改进措施，严密组织朱雀二号的复飞工作，确保后续发射任务持续圆满成功。

所以，失利并不可怕，主要是后续找到了具体的原因就行，而且归零评审也是复飞的一个重大节点。

3、全球三大液氧甲烷发动机

商用火箭恐怕还是得依靠液氧甲烷火箭发动机。

原因在于，甲烷的在价格上有很大优势：甲烷的价格约为5元/千克，而液氢的价格则为300元/千克。同时，液氧液氢发动机和液氧甲烷火箭发动机，是唯二的两种使用后不会造成积焦或积炭问题的发动机，这两款是重复使用火箭的主要选项，这样一来就只能二选一，选择价格较低的液氧甲烷火箭发动机是可以理解的。放眼目前的国际市场，中国和美国占据了液氧甲烷火箭发动机的龙头，但美国的优势确实巨大。

首先，排名的第一的是美国SpaceX公司的猛禽液氧甲烷火箭发动机，听名字就看得出其技术水平应该不会低。猛禽液氧甲烷火箭发动机掌握了全流量分级燃烧技术，发动机的主燃烧室中富氧燃气和富燃燃气互相碰撞，可以使得推进剂的燃烧效率最大化。这种设计的技术要求非常高，如何保证发动机的稳定性是一个巨大的难题。不过最终，猛禽液氧甲烷火箭发动机虽然没有达到希望的310吨推力，但其实际推力200吨，仍然是世界第一的存在。而除去SpaceX之外，亚马逊公司下属的蓝色起源公司推出自己的BE-4液氧甲烷火箭发动机，这种发动机的理论上最高可以提供240吨级的推力，也是可以重复使用的火箭发动机，如果未来猛禽发动机不能达到理想设计，那么世界第一的宝座将被这种火箭占据。

除去美国的这两款先进火箭发动机之外，同为世界航天大国的中国也有自己的液氧甲烷火箭发动机产品，那就是TQ-12"天鹊"。这款火箭发动机是继上述两款美国产品之后，第三款完成了全系统测试考核的大推力液氧甲烷火箭发动机，它在2019年5月17日试车成功，是非常新的产品。这款发动机同样具备可重复使用、低成本、高性能等优点，其地面推力约67吨，真空推力约80吨，属于重型火箭发动机行列。

4、液氧甲烷发动机的优势

1）跟氢氧发动机比

氢氧发动机是比较成熟的可重复利用发动机。美国当年发展航天飞机，选择的发动机就是大推力氢氧发动机，而且重复使用性能还不错。跟氢氧发动机比，液氧甲烷发动机有很多优势，使它成为替代氢氧发动机的重要选项。

首先，发动机生产成本低，欧洲准备研发的液氧甲烷发动机预计成本只相当于现在火神-2.1氢氧发动机成本的十分之一。以此为参照，液氧甲烷发动机，比各种氢氧发动机的生产成本应该都会低很多。

其次，燃料成本低，能量密度高。相对于液氢燃料来说，甲烷的来源更加广泛，成本也低很多。另外，液氢的密度很小，使得火箭燃料贮箱必须足够大，才能满足需求。而液态甲烷的密度是液氢的6-8倍，具有一定密度优势。

再次，液氧甲烷发动机的燃烧条件要缓和的多，对发动机材料要求降低。氢氧发动机的推力室内壁经过三次以上的点火试车就有可能出现裂纹，而液氧甲烷发动机可以在几十次燃烧后依然没有损伤。

此外，液态甲烷的保存温度要比液氢高80多度，可以减少保温贮存的难度。零下180度的温度与空间温度接近，在空间飞行时无需特殊保温就可以维持液态，比较适合做成火箭上面级或空间飞行器。

以上特征，使得液氧甲烷发动机虽然赶不上氢氧发动机的高比冲，但也有取代的优势。

2）跟液氧煤油发动机比

液氧煤油发动机，经过spaceX公司的反复回收实践，已经趋向成熟。最新款的Merlin1D发动机，至少可以重复使用10次，无需大修，已经满足了重复使用的需求。相对来说，液氧甲烷发动机还没有回收使用的先例。但从理论上，液氧甲烷发动机也有自己独特的优势。

首先，相对于煤油燃料来说，甲烷更不容易积碳和结焦。煤油燃烧是容易产生黑烟的，对于发动机来说就容易产生积碳，虽然通过富氧燃烧可以减少积碳但也带来了一些不利因素。另外，火箭发动机工作时，都需要燃料进行冷却。甲烷的比热大，温度低冷却效果好于煤油。而且煤油冷却是容易产生结焦现象的，对于管路产生一定危险，对于后期的维护也带来困难。相对来说，甲烷的结焦温度要高很多，不容易产生结焦，是更好的冷却剂。

其次，甲烷燃料具有价格优势。相对于煤油来说甲烷的价格优势不像与液氢比那么明显，但也是比较可观的。至少甲烷的价格是煤油价格的一半以下。更有意义的是，煤油燃烧必须采取富氧燃烧的方案，要求消耗更多液氧，提高了燃料成本。而液氧甲烷发动机完全可以采用富燃燃烧方案，可以得到同样效果的情况下，可以节省液氧的消耗。

再次，发动机生产和维护成本相对较低。由于前述煤油发动机采用富氧燃烧方案，过多的氧气对于发动机机体具有腐蚀性，这对发动机的防腐性能提出了更高的要求。同时，煤油冷却剂带来的结焦现象也给发动机维护带来了一定困难。相对来说，甲烷燃烧在这两个方面优势比较明显。而且甲烷火箭在使用完以后重复利用时无需深度清洗，使用氮气简单冲洗后就可直接使用，可以降低维护成本。

此外，液氧甲烷燃烧能够产生更大的比冲，比煤油提高3%，但由于其密度较小，比冲带来的提高优势并不明显。但是甲烷可以在太空获取，比如火星上可以直接制备甲烷，木星和土星的卫星上也能找到大量甲烷，对于深空探索来说是有意义的。

来源：央视网，环 球科学猫，利刃号，东城观星

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