這些年，越來越多的民營企業開始發射火箭上天，有阿裡巴巴，也有鬥魚。要讓火箭這樣的龐然大物脫離地球的引力飛向太空，則一定需要強勁的發動機，通過發出燃燒推進劑産生的高速氣流，讓火箭迅速得到巨大的反推力。

現代火箭發動機主要分固體推進劑和液體推進劑發動機，液體火箭發動機種類繁多，常用的液體氧化劑有液态氧、四氧化二氮等，燃燒劑由液氫、偏二甲肼、煤油等。氧化劑和燃燒劑必須儲存在不同的儲箱中。

如将阿波羅号送上月球軌道的土星五号所采用的液氫-液氧發動機J-2發動機，J-2發動機的真空比沖為(Isp)421秒（4.13千米每秒），海平面比沖為200秒（2.0千米每秒）。

5台J-2液氫液氧發動機并聯

比沖單位質量的推進劑産生的沖量大小。這也是火箭推進劑最最重要的指标之一。也就是說，希望用質量盡量小的燃料，産生出盡量大的推力。液氫-液氧發動機的比沖有壓倒性的優勢，這也是為什麼能把登月任務采用液氫液氧發動機的原因。

當然了，除了比沖之外，還要考慮容易點燃、存儲便利、體積大小、安全性、工藝難度等多種因素，而液氫-液氧發動機就因為存儲不方便、體積太大，在完成登月任務之後就沒有再采用了，它适合大型的航天飛機、超重型運載火箭等飛行器上。

龐然大物土星五号

除了液氫液氧發動機，最為常用的就是四氧化二氮-偏二甲肼發動機和液氧-煤油發動機。但是因為其易分解為二氧化氮為紅棕色的氣體，神經麻醉的毒性，且有腐蝕性。而偏二甲肼污水處理 技術存在着能耗高、安全系數低、二次污染物種類多、毒性大和運行成本高等缺點。四氧化二氮-偏二甲肼發動機開始慢慢退出曆史舞台。液氧-煤油發動機則容易結焦和産生積碳。

而目前液氧-甲烷發動機成為了液體火箭發動機的一個方向，液氧甲烷發動機綜合素質都非常不錯，液氧-甲烷的比沖僅次于液氧-液氫，密度比沖也可以排上第二，沸點零下162攝氏度和液氧（零下183攝氏度）接近，儲存難度也相對較低。

最重要的其還具有無毒環保、高可靠、高性能、低成本、易操作、可重複使用等特點。這也是許多火箭企業一直想要掌握的發動機技術。

美國著名太空探索技術公司SpaceX就掌握了這種發動機技術，SpaceX可是私人太空技術龍頭企業，它的老闆我們也很熟悉，特斯拉的總裁馬斯克。

2016年SpaceX正式發布的猛禽發動機參數，其海平面推力311噸（3050kN），真空推力357噸（3500kN），采用預先冷卻的液氧-甲烷推進劑組合，燃燒室室壓高達30MPa。猛禽是世界上推力第四大的現役液體火箭發動機。這款發動機将用于未來的載人火星登陸任務。

除此之外，美國藍源公司的BE-4發動機也是采用液氧-甲烷發動機，它的動力系統包含渦輪泵，閥門和其他組件，能夠産生高達55萬磅（約合250噸）的推力，不過這款發動機至今還沒有進行全系統試車。

前段時間，中國民營企業藍箭公司的80噸液氧甲烷發動機“天鵲”(TQ-12)20秒試車成功，是世界第三台完成全系統試車考核的大推力液氧甲烷火箭發動機，标志着中國民營航天企業大推力液體火箭發動機産品“零的突破”，成功驗證了中國商業航天大推力發動機從設計、研發、制造、生産、裝配、試驗的完整流程。

“天鵲”(TQ-12)發動機裝配

中國也成為繼美國之後，第二個掌握液氧-甲烷發動機的國家。藍箭是一家民營商業火箭公司，總裁張昌武是一位80後，張昌武畢業于清華大學，在2015年成立了藍箭公司。

早在2018年3月份，自主研發并具有完全自主知識産權的“鳳凰”10噸級液氧甲烷發動機推力室試車成功。而2019年，藍箭就完成了80噸液氧甲烷發動機的全系統試車，并走向量産，成為國内首家掌握液氧甲烷發動機技術的民營企業，這中間僅僅用了4年，速度不可謂不快。

“天鵲”(TQ-12)地面型發動機海平面推力67噸，真空推力76噸；真空型發動機真空推力80噸。相比較而言，略遜于美國的液氧-甲烷發動機。但這是中國民營企業在火箭發動機上難得的突破，值得鼓勵。

這款發動機可以向下可以覆蓋單一發動機的小型火箭，向上可以覆蓋中型火箭、大型火箭，其商業價值大、研制難度适中，投入産出比高。

“天鵲”号發動機在技術上還是有許多創新點的，比如突破激光焊接夾層噴管技術難題，首台80噸發動機噴管順利下線，為國内首創，此項新技術實現了大型噴管機器人全自動激光焊接，可大幅度降低噴管制造成本，縮短制造周期，提高産品質量，便于實現産品批量化制造。

還有燃氣發生器的設計，燃氣發生器是液體航天發動機的重要部組件之一，它通過産生高溫高壓的燃氣驅動渦輪泵工作。燃氣發生器要做到穩定可靠、溫度均勻，為下遊的渦輪葉片提供“舒适”的環境。如果燃燒不穩定、燃氣溫度不均勻，渦輪葉片将工作在流速忽快忽慢、溫度忽高忽低的環境裡，壽命大打折扣，是無法實現多次重複使用目标的。

據藍箭工作人員介紹：藍箭團隊在設計燃氣發生器的過程中進行了多種技術創新，如采用大流量噴嘴技術，有效減少噴嘴總數；選取低工況下能達到高霧化質量的噴嘴方案；采用在全工況下均能保證穩定、高效燃燒的噴嘴結構；提高燃燒區混合比，縮短燃燒反應時間，有效地避免形成高溫拖尾火焰，防止對下遊渦輪葉片造成局部過熱等。

燃氣發生器

除此之外，近日藍箭自主研發的另外一款10噸發動機——“天鵲”10噸級液氧甲烷發動機TQ-11推力室也完成了單次時間長達650秒的長程試車，

“天鵲”10噸級液氧甲烷發動機

藍箭航天的“朱雀二号”系列液體火箭采用通用化、模塊化設計，通過一種推進劑、一個箭體直徑、兩型發動機(TQ-11/TQ-12)的靈活組合，可以構成運力數噸到幾十噸、覆蓋低中高軌道發射能力的液體火箭系列産品。

“朱雀二号”預計将在2019年完成全部地面試驗，2020年首飛，2021年把有效載荷送到月球上去。

藍箭的目标是研發百噸級火箭發動機，從10噸到80噸再到百噸，這可不是一個簡單的數字變化，張昌武說，“推力規模相差十倍，就意味着整個工況都會發生巨大變化。百噸級液體發動機結構更為複雜，我們需要對各組件、總裝布局重新調整，再把這些工藝路線和關鍵技術放大到百噸級組件去試驗，試驗沒問題還要進行全系統聯調聯試，隻有聯試成功，這個發動機才有可能被定型。”

創新幅度大、工藝挑戰大、周期難以把控，直面這些風險不僅需要技術實力，更需要魄力與勇氣。

也期待藍箭可以努力追平與美國的差距，成為中國的SpaceX。

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