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火箭发动机的“技术鄙视链”

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文 | 反熵

最近,中国商业火箭发动机圈里,一个词出现得越来越频繁:全流量补燃。

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。

这很容易制造一种直觉:都做到全流量补燃了,发动机当然更先进。

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。

推力之外,发动机圈还有一套更专业、也更容易产生优越感的排序——循环方式。

梅林并不落后

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。

猛禽强在哪里

到了星舰,SpaceX把发动机换成了猛禽。

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。

它比梅林强在哪里?涡轮是关键。

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。

所以,如果只看循环架构和技术复杂度,全流量补燃确实站在高位。

百台梅林行吗

可问题也随之而来。猎鹰9号的梅林既然已经成熟,为什么星舰不继续用?33台猛禽,换成90台、100台梅林不行吗?

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。

所以,SpaceX需要更大的单机推力和推力密度,也需要为长期复用控制发动机热负荷。猛禽的复杂,有它明确的使用条件。

全流量正升温

这几年,中国也开始频繁出现全流量补燃发动机。

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。

热度已经起来了。

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。

循环没有王座

马斯克自己最清楚猛禽付出的代价。

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。

2026年9月28日的星舰第14飞,把这种复杂性展示得更加直接。

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。

循环当然有难易,火箭却从未按照循环复杂程度排序。

航天史从来没有规定,最复杂的循环才能完成最重要的任务。

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。

Blue Origin今天也没有照抄猛禽。

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。

这可能比追求一个漂亮的循环名称更接近火箭设计的本质。

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。

把顺序倒过来,技术就很容易变成标签。

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。

但“全流量补燃”不该成为继“百吨级”以后,又一个可以提前兑换先进性的词。

一项前沿技术成熟到最后,往往会失去最初的光环。

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。

声明:本文所有配图均为AI生成,如有不准确之处,请联系作者。

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