可回收火箭選啥推進(jìn)劑？液氫貴 60 倍，液氧甲烷能行？

很多人看火箭發(fā)射直播，只盯著屏幕喊“成功了”，很少有人琢磨背后的門道，能重復(fù)回收的火箭，推進(jìn)劑選不對(duì)，那就是個(gè)燒錢的無(wú)底洞，扔多少進(jìn)去都沒(méi)聲響。現(xiàn)在商業(yè)航天要盈利，選燃料這一步錯(cuò)了，之前所有投入都白搭。

早年航天圈最火的推進(jìn)劑組合就是液氧煤油，能用這么久肯定有兩把刷子，最大的優(yōu)點(diǎn)就是密度高，同等推力下不用造太大的燃料箱，省了不少結(jié)構(gòu)重量。可它的毛病也真的讓人頭疼，煤油本質(zhì)是多種碳?xì)浠衔锘斐鰜?lái)的，燒的時(shí)候很難完全燒透，總會(huì)留下一堆積碳。這些積碳會(huì)牢牢粘在發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪泵、噴管這些精密核心部件上，火箭回收回來(lái)，工程師得像拆洗家里用了好幾年的抽油煙機(jī)一樣，拆開(kāi)一個(gè)零件一個(gè)零件慢慢洗，折騰十天半個(gè)月不說(shuō)，還直接耽誤下一次發(fā)射，商業(yè)航天拼的就是復(fù)飛速度，這么折騰誰(shuí)扛得住。

要說(shuō)性能挑不出錯(cuò)的，那還得是液氧液氫。燒完的產(chǎn)物只有水，半點(diǎn)兒積碳都不會(huì)留，推進(jìn)效率還特別高，真空比沖能達(dá)到 463 秒，不管是美國(guó)SLS火箭的RS-25發(fā)動(dòng)機(jī)，還是我們國(guó)家長(zhǎng)征五號(hào)用的YF-77發(fā)動(dòng)機(jī)，都選了這套方案。可液氫的缺點(diǎn)，普通商業(yè)航天公司真的消受不起，價(jià)格是煤油的整整60倍，發(fā)一次火箭光是燃料錢，就頂別家發(fā)十次，換誰(shuí)都心疼。

液氫密度只有煤油的十分之一，想要裝夠滿足推力的燃料，燃料箱就得造得又圓又粗，把整個(gè)火箭撐得臃腫不堪，美國(guó)航天飛機(jī)就是現(xiàn)成的教訓(xùn)，平白多了好多無(wú)用的阻力和重量。更麻煩的是，液氫得保存在零下 253 攝氏度的超低溫環(huán)境，對(duì)儲(chǔ)箱材料、密封技術(shù)還有整體熱管理的要求都高得離譜，隨便哪個(gè)環(huán)節(jié)升級(jí)，成本都得往上跳一大截，本來(lái)就貴的燃料，這下更玩不起了。

一邊是用著麻煩不停折騰，復(fù)飛效率根本上不去，一邊是性能拉滿但成本高到勸退，根本沒(méi)法商用，這個(gè)時(shí)候液氧甲烷走進(jìn)了大家的視野，成了圈子里公認(rèn)的最優(yōu)選擇。

液氧甲烷燒起來(lái)幾乎不產(chǎn)生積碳，火箭回收回來(lái)根本不需要大拆大洗，做個(gè)常規(guī)的安全檢查，小維護(hù)一下就能再次投入發(fā)射，復(fù)飛速度直接拉滿，剛好踩中了商業(yè)航天高頻發(fā)射的需求點(diǎn)。甲烷的儲(chǔ)存溫度和液氧非常接近，兩種燃料可以共用一套隔熱結(jié)構(gòu)，直接省去了不少額外的結(jié)構(gòu)重量，省出來(lái)的噸位還能多裝載荷，這不就是變相降低發(fā)射成本，多賺錢嘛。

液態(tài)甲烷的密度大約是液氫的六倍，不用造那種超大號(hào)的燃料箱，直接解決了火箭臃腫的問(wèn)題，整體結(jié)構(gòu)更緊湊，飛起來(lái)阻力也更小，優(yōu)勢(shì)真的很明顯。

不止是現(xiàn)在近地軌道的可回收火箭用著舒服，未來(lái)人類真的要登陸火星，開(kāi)展深空探測(cè)，液氧甲烷更是不可替代的核心選擇。火星大氣里九成以上都是二氧化碳，地表土壤里還儲(chǔ)存著大量水冰，人類只要通過(guò)薩巴蒂爾反應(yīng)，就能直接在火星表面合成出甲烷和氧氣，根本不用從地球攜帶滿滿一船燃料過(guò)去，直接把往返火星的成本砍掉了一大半，給深空探測(cè)省了好大的力氣。

從液氧煤油到液氧液氫再到液氧甲烷，火箭液體推進(jìn)劑的發(fā)展路數(shù)，其實(shí)就是不斷在性能和成本之間找平衡的過(guò)程。能滿足當(dāng)下的需求，還能幫大家控制成本，自然就成了新一代可回收火箭的寵兒，哪怕未來(lái)還有更好的選擇，至少現(xiàn)在，液氧甲烷真的是閉眼選都不會(huì)錯(cuò)的答案。

參考資料：新浪財(cái)經(jīng) 商業(yè)航天、火箭發(fā)射、燃料體系

華爾街見(jiàn)聞 商業(yè)火箭高頻發(fā)射下的最剛性需求：推進(jìn)劑與特種氣體