火箭发动机的“技术鄙视链”

蓝箭的“蓝焱”、星梭的“猛犸一号”、天兵规划中的天火21，再加上火圣宇航、微光启航等项目，越来越多团队把下一代液体动力押向这条路线。它也是SpaceX猛禽发动机采用的循环方式。 商业火箭的确有自己的鄙视链。能回收的压过一次性，大运力压过小运力，液体火箭又往往比固体火箭更受追捧。到了发动机，此前我们写过“百吨级”。推力从几十吨做到上百吨，难度当然会上升，可吨位只是体量概念，并非能力等级。 猎鹰9号一级使用9台梅林发动机，烧液氧和煤油，采用燃气发生器循环。大型液体火箭工作时，燃烧室内部压力很高，推进剂必须先通过高速涡轮泵加压，才能持续进入燃烧室。但是，涡轮泵也是一个功率惊人的机器，它也需要动力。那么，它靠什么转？ 梅林发动机会拿出一小部分液氧和煤油，在主燃烧室之外的燃气发生器里燃烧，用产生的高温燃气推动涡轮，涡轮再带着燃料泵和氧泵旋转。完成任务以后，这部分燃气直接排出，不再进入主燃烧室充分膨胀做功。 代价是损失一部分推进剂效率，好处是系统相对直接，压力和热环境也不必推得过于激进。SpaceX至今仍明确写着，梅林采用燃气发生器循环，而且从设计之初就考虑了回收和重复使用。猎鹰9号后来建立起来的高频发射和一级复用能力，靠的就是这套今天看起来不算“顶级”的循环。 猛禽使用液氧甲烷，采用全流量分级燃烧循环，也就是国内常说的全流量补燃。燃料和氧化剂分别进入富燃、富氧预燃室，驱动各自的涡轮泵，随后两路燃气全部进入主燃烧室继续燃烧。 梅林只有少量推进剂负责推动涡轮。如果涡轮需要很大功率，这一小股燃气就要承担更高的能量负荷。全流量循环让几乎全部推进剂先经过两个预燃室，参与驱动涡轮的质量流量大幅增加。同样要获得一份功率，参与做功的工质更多，每公斤燃气承担的负荷可以降低。与此同时，两个预燃室分别工作在富燃和富氧状态，燃气温度也被控制在涡轮材料能够承受的范围内。两层因素叠加，涡轮入口温度和热应力都有条件下降。 这不是一句泛泛的“性能更先进”。NASA与美国空军当年做Integrated Powerhead Demonstration全流量分级燃烧验证时，就把这一点列为主要优势：更多推进剂流经涡轮，可以降低涡轮温度和应力，延长寿命；项目本身按照最高200次重复使用目标设计。 按SpaceX目前公布的V3参数，猛禽3海平面推力约250吨；梅林约86吨，前者接近后者的3倍。Super Heavy总起飞推力约8240吨，如果完全忽略推进剂、体积和整箭设计差异，大约需要96台梅林才能达到类似量级。 近百台发动机并不存在物理禁区，麻烦在于火箭尾部不是无限大的。每增加一台发动机，都要增加供液、阀门、点火、控制和监测系统，还要处理启动时序、故障隔离、推力结构和密集尾焰带来的热环境。何况梅林烧煤油，星舰从贮箱到发动机已经选择液氧甲烷。 2026年3月，蓝箭航天220吨级“蓝焱”完成整机全系统长程试车，自2025年5月首次全系统试车以来，累计完成100余次全系统点火；7月，星梭科技200吨级“猛犸一号”公开完成氧泵和甲烷泵水力试验；天兵科技2026年9月公开的后续动力规划中，2450千牛的天火21同样采用全流量补燃。火圣宇航200吨级“火圣一号”、微光启航“华光一号”等同样披露过相关预燃室或液流试验。北京2026年发布的可重复使用火箭技术储备课题里，也出现了两项全流量补燃关键技术方向。 但这有一个很容易产生错觉的地方：同样都是“全流量补燃”，成熟度可能差得很远。循环方式在方案阶段就可以确定，飞行可靠性、寿命和批量制造能力，却只能一步步做出来。 2021年，他带Everyday Astronaut参观Starbase时说，为猛禽建立制造体系投入的精力，可能是发动机设计本身的10到100倍。他随后又谈到猛禽最难解决的问题之一：怎样把每吨推力的成本压到1000美元以下。到了猛禽3，外观越来越简洁，内部制造却依然复杂，大量结构需要依赖高度定制的金属增材制造工艺。 这次任务首次让星舰真正进入轨道，并完成26颗星链V3部署。与此同时，Super Heavy上升过程中一台猛禽3提前关机，上面级也有一台真空版猛禽提前关机。星舰依靠剩余5台发动机延长工作时间完成原定上升段，随后又用一台海平面猛禽完成入轨点火。完成主要任务以后，SpaceX出于谨慎缩短了原定10小时的在轨飞行，最终约3小时8分后溅落北太平洋。 把阿波罗送上月球的土星五，一级F-1同样采用燃气发生器循环。F-1研制期间曾长期受燃烧不稳定困扰，NASA花了三年多解决这个问题。1967年至1973年，65台F-1跟随13枚土星五升空，此后没有再发生燃烧不稳定故障。半个多世纪过去了，F-1的循环架构早已谈不上新潮，可没人会因此降低它在火箭发动机史上的地位。 BE-4使用富氧分级燃烧循环。Blue Origin公开说，他们有意把它设计成“高性能架构中的中等性能版本”，借此降低开发风险，同时满足性能、进度和重复使用要求。目前BE-4已经用于火神和新格伦两种大型运载火箭。 循环是有难易，火箭却从未按照循环复杂程度排序。全流量补燃站在液体发动机技术难度的高位，也确实适合一部分大推力、高性能、深度复用的火箭。可一枚火箭先有自己的体量、推进剂、运力和复用方式，随后才会形成对发动机的要求。 梅林已经支撑猎鹰9号把一级复用变成日常运营；猛禽选择更复杂的全流量补燃，是因为星舰需要解决另一组问题。中国越来越多团队进入这条路线，也说明国内液体动力正在挑战更高的技术门槛。 等到“全流量补燃”不再被单独拿出来强调，只是某型火箭动力系统里一个普通而可靠的技术选择时，它才算真正从先进技术变成了工业能力。