80 吨液氧甲烷发动机「天鹊」试车成功为什么受到极大关注？

这几天，国内一家民营企业蓝箭航天成产的一款天鹊80吨液氧甲烷火箭发动机成功试车登上了各大行业头条，成为中国航天领域的一次大事件。这台发动机是世界上第三台大推力液氧甲烷发动机，也是亚洲和国内的首台。

如果放眼国际，目前只有SpaceX的猛禽发动机和蓝色起源的New Glenn主力火箭的发动机BE-4是大推力的液氧甲烷发动机。天鹊是目前与国际私营航天企业在液体火箭动力上研制方向一致的发动机。

对比1：燃料选择

SpaceX猎鹰系列火箭由于吸收了NASA的低成本液氧煤油发动机FASTRAC项目技术和人员，因而采用梅林系列液氧煤油发动机。但是更大的火箭BFR项目则选了液氧甲烷这个燃料组合的猛禽发动机。因为甲烷燃料不容易结焦，简化了回收火箭的检修清理工作，比冲也略高于煤油火箭。

猛禽的真空比冲达到了380秒，远远超过梅林系列任何型号。当然BFR和猎鹰系列一样都是完全可回收复用的。

蓝色起源在成功开发了BE-3液氢液氧发动机，成功发射并回收了由BE-3驱动的New Shepard号火箭，积攒了一定这种燃料组合的工程经验。而后，蓝色起源New Glenn主力火箭的发动机BE-4则转而使用液氧甲烷这个燃料组合，看中液氧甲烷燃料在大推力火箭中的优势。

从成本控制角度。固体发动机由于制造工艺和固体燃料限制，成本压缩潜力很小，回收价值也不如液体发动机高。美国航天飞机的固体助推器在发射后可被回收，但也只是部分零件翻新再用，成本比再造全新的助推器低不了太多。对于先驱航天创业企业来讲，在技术路径选择方面，目前液氧甲烷发动机是低成本运载火箭一级动力的最佳选择。

80吨液氧甲烷发动机天鹊，是蓝箭航天朱雀二号的一级火箭发动机。适中的单台推力和尺寸能保障设计、制造和测试中的低成本。天鹊不仅可以为小火箭提供动力，还可以多台并联为大型火箭提供动力。

除了中国和美国以外，欧航局和阿丽亚娜集团也在积极开发低成本火箭发动机普罗米修斯号。

对比2：循环选择

SpaceX的猛禽发动机选择了最有野心的全流量分级燃烧循环，所有的燃料和氧气都会进行预先燃烧，富氧的燃气和富燃料的燃气各自推动一侧涡轮，再由涡轮驱动氧泵和燃料泵。这也是世界上第一个应用全流量分级燃烧循环的火箭发动机型号。

相较非全流量分级燃烧循环，应用此种循环的燃气温度更低但是流量更大，涡轮的功率也就可以更高，同时寿命还长。更大的涡轮功率可以推动更强大的泵，也就可以达到更高的燃烧室压力，提高了发动机比冲。更由于涡轮工作温度低，寿命长，整个发动机的重复使用次数可以更多，降低了单次发射成本。但是应用此种循环的发动机两个预燃烧室极容易出现燃烧不稳定情况，对燃烧室设计提出了极高挑战。

蓝色起源的BE-4发动机的设计相比较猛禽更为保守一些，选择了非全流量分级燃烧循环。实现的燃烧室压力只有猛禽的不到一半，但是这种技术选择也有着自己的优势，更低的研发制造成本，更低的风险。

不同于SpaceX和蓝色起源，蓝箭的“天鹊”发动机选择了开式的燃气发生器循环，其一部分燃料和氧气在燃气发生器中燃烧推动涡轮，涡轮再驱动燃料泵和氧泵。而工作后的这部分燃气直接被当作废气排掉，并不产生推力。虽然一部分燃料在循环中被浪费掉没有参与推进工作，但是这种循环的发动机在研发中由于各个模块互相牵制作用小，研发的迭代更容易收敛，也很符合低成本商业航天的产品定位。而这种循环虽说不如分级燃烧循环高效，但是因为它的低成本和低风险，在运载火箭也很常见，欧洲主力运载火箭阿里亚娜5号的氢氧发动机火神2号也采用了这个循环。

对比3：研发周期

SpaceX在2009年时第一次公开讨论猛禽发动机，创始人马斯克在2012年第一次公布这个计划，2016年猛禽的原型机便进行了第一次点火试车。

蓝色起源在2011年开始开发BE-4发动机，2017年才完成了第一台发动机的装配并于同年进行点火试车。

蓝箭航天成立于2015年，“天鹊”的研发开始于2017年，两年后便进行了整机点火测试。蓝箭航天一直瞄准液体火箭动力领域，是目前国内首第一家自建制造基地和液体火箭动力团队企业。装配了“天鹊”的朱雀二号运载火箭计划在2020年首飞。

“天鹊”的成功试车，算是国内航天领域大推力液氧甲烷火箭发动机的一个零突破。虽然液氧甲烷燃料作为未来液体火箭动力燃料成为一种趋势，但国内对于这个燃料组合的研究尝试不算多。天鹊在液氧甲烷发动机从设计、制造、测试全套流程产业链流程打通上，能够帮助打开中国商业航天对于液氧甲烷液体动力的自主研发生产的通道，带领更多企业机构投入这个领域的研发和生产。

火箭作为推进器，以燃料驱动的发动机就像是火箭的心脏。从商业角度上讲，未来国内商业航天不管是通讯星座、科研用空间实验室等等航天器都将有越来越多的发射需求，低成本的商业火箭都非常关键。天鹊的成功试车在某种程度上能提振了国内商业航天的行业信心。

虽然对比国际，SpaceX和蓝色起源尚可望不可及，但对于商业航天才刚刚起步的中国来讲，追赶之路还需脚踏实地。

最后附上“天鹊”第一次试车视频：

蓝箭航天“天鹊”发动机试车 https://www.zhihu.com/video/1115256723899801600