马斯克又放大招了，在社交媒体上首次公布了Raptor猛禽第3代发动机SN1的照片，大概率是首台量产版。猛禽就是星舰的发动机，采用液氧甲烷推进剂，以及最先进的全流量分级燃烧循环。第一代猛禽的海平面推力为185吨，已经相当惊艳，而目前星舰使用的第二代猛禽推力是230吨。到了第三代，海平面推力竟然暴增到了280吨！

但最令人惊讶的还不是推力，而是发动机的简化。猛禽3代的简洁程度令人发指，原来的第一代猛禽上有很多密密麻麻的小管路，看上去符合火箭发动机的一贯风格。到了猛禽2代，小管路已经大幅减少，但数量依旧可观。猛禽3代却几乎颠覆了人们心目中火箭发动机的形象：几乎所有小管路都已不见踪影，整台发动机看上去十分简单，如同一把“玄铁重剑”。

对于火箭发动机这种极端复杂的系统，部件越少就意味着出故障的概率越低。猛禽3代如此简洁的设计，可以说将故障概率降到了极低的程度，一眼望去就非常可靠。而且重量更轻，推重比更大！

再加上猛禽3代的推力又非常大，达到了280吨，而下一代星舰超重助推器将并联使用35台猛禽，起飞总推力高达9800吨，直逼1万吨大关，这意味着星舰火箭的起飞重量将超过绝大多数大型驱逐舰，实在是超乎想象。

现在可以毫不客气的说，猛禽3代是目前世界上在役的最先进火箭发动机。为什么笔者会做出此判断呢？有这么几个理由：猛禽使用了最流行的液氧甲烷燃料，不仅成本极低，还特别适合火箭的重复使用。

而猛禽的工作方式属于全流量分级燃烧循环，这在现役火箭中可是独一份，性能是最强的。而现在第三代猛禽又实现了大量管路的内置，很可能利用了3D打印技术，将管路隐藏在了看似简单的结构中。再加上巧妙的再生冷却设计，可以省去“热护盾”，大幅提高了可靠性，还减轻了重量。

这几大优势集合到了一台发动机的身上，实力就爆棚了，不好超越。那么我国有没有类似的发动机，在短时间内能否赶上马斯克和SpaceX的步伐呢？

首先，液氧甲烷燃料还是相对容易实现的。我国民营航天公司“蓝箭航天”的朱雀二号火箭，发动机用的就是液氧甲烷。而且朱雀二号遥二火箭已经在2023年7月发射成功，成为人类有史以来第一款成功入轨的甲烷火箭，当时把星舰的风头都给抢了。为何大家这么看中液氧甲烷呢？

只因这种推进剂的优点太多了。大推力液体火箭发动机使用的推进剂不外乎肼类燃料、液氢液氧、液氧煤油、液氧甲烷这么几种。肼燃料虽然成熟可靠，但却有毒，十分不环保，使用这种燃料的发动机也被称为“毒发”，所以越来越不受欢迎，正在被逐渐放弃。世界各国都纷纷转向后面那几种无毒环保的火箭燃料。

液氢液氧发动机的比冲最高，性能最强。比冲就是消耗一定质量的推进剂能够获得的冲量，单位是恰好是“秒”。比冲越大就意味着携带同样多的燃料能达到的速度增量越高。

氢氧发动机的比冲可以轻松超过400秒，但液氢又贵又特别不好伺候，沸点低到了-252.78℃，需要维持极低温才能避免或减少液氢的沸腾。而且液氢密度特别小，贮箱要做得特别大，带来了更大的体积和结构死重。

液氧煤油相对而言就比液氢要好伺候得多。煤油的密度大，贮箱体积大大缩小，而且还不需要低温，价格也很便宜。SpaceX的猎鹰9号火箭用的就是液氧煤油，也达到了很高的性能水平。

但液氧煤油的劣势是比冲小，而且小得很明显，同时煤油比较容易积碳和结焦。特别是在使用煤油对推力室进行再生冷却时，在高温下很容易结焦而堵塞管路，这对于可复用火箭来说就很不利。

液氧甲烷就没有上述缺点，甲烷也很便宜，比冲则介于氢氧机和液氧煤油之间。关键是液态甲烷的沸点是-161.5℃，比液氮还要高，在低温技术中是比较容易实现的。而甲烷的积碳和结焦问题比煤油要小得多，非常适合用于可复用火箭发动机。至于马斯克说的其它行星上甲烷资源特别丰富，方便星际旅行时就地补充，就有点儿噱头的嫌疑了。

正是由于甲烷燃料的这些优点，SpaceX在研制猛禽之初，选择了液氧甲烷为燃料，应该说是很明智的，也引领了世界潮流。不过与燃料类型相比，猛禽发动机的工作方式，才是最难复制的。它采用了全流量分级燃烧循环，是一种先进到几乎完美的循环方式。

大推力的液体火箭发动机，需要将大量的燃料和氧化剂从贮箱中抽出来，输送到燃烧室，流量还要特别高，因此需要一台非常强力的泵才行。

这台泵就是涡轮泵，它利用一部分推进剂预燃产生动力，转速可达每分钟数万转，以极高的流量抽取燃料和氧化剂，保证火箭发动机的正常工作。根据涡轮泵的形式，可将大推力液体火箭发动机分为开式循环和闭式循环两大类。

典型的开式循环就是燃气发生器循环，它利用一部分燃料和氧化剂在燃气发生器中燃烧，产生燃气来推动涡轮泵，用过的燃气就直接用一根管子排掉了。为了降低涡轮泵的温度，燃气发生器里的燃料和推进剂不是按1：1来混合的。经常会多加一些燃料，形成“富燃”燃烧，烧得并不充分。所以我们能看到：猎鹰9号的“梅林”发动机燃气发生器会冒出浓浓的黑烟。

由于燃气发生器消耗掉了不少推进剂，又没直接产生推力，而且燃烧室的室压也上不去，所以采用这种工作方式的发动机比冲都比较低。像土星五号的F-1发动机，海平面比冲低到了264.7秒，猎鹰9号上最新的梅林1D++，海平面比冲也只有290秒。但燃气发生器循环胜在结构简单，能够实现比较大的推力。

与简单粗暴的燃气发生器相比，闭式循环就精细得多了。我国长征五号助推器使用的120吨级YF100液氧煤油发动机，用的是高压补燃循环。这种循环方式也将燃料和氧化剂先送进预燃室燃烧，产生燃气推动涡轮泵，但却是“富氧”燃烧。

而且用完的燃气并不会直接排掉，而是继续送入燃烧室，由于燃气中存在大量多余的氧气，所以需要补充一些燃料，才能在燃烧室内继续燃烧，即所谓的“补燃”。这种工作方式并没有浪费推进剂，室压也可以做得比较高，因此比冲比较大。YF100的海平面比冲为300秒左右，轻松超越了最新款的梅林发动机。

但高压补燃循环与猛禽的全流量分级燃烧循环相比，就显得小巫见大巫了。后者采用了两个涡轮泵，一个负责输送燃料，一个负责输送氧化剂。推动涡轮泵的两个预燃室，一个是富氧燃烧，一个是富燃燃烧。而火箭燃烧室所需的全部燃料和推进剂，都要先经过这两个预燃室，分别形成富氧燃气和富燃燃气，然后一起送进燃烧室点火产生推力。

全流量分级燃烧循环有非常多的优点，由于全部推进剂都形成了富氧和富燃燃气来驱动涡轮泵，能够最大限度地提供推进剂供应所需的功率，从而降低了富氧、富燃燃气的温度，极大提升了发动机的工作可靠性，还产生了极高的燃烧室压力，可以达到35MPa。

猛禽发动机的大推力和高性能，就是由此而来。另外这种工作方式的稳定性和效率都很高，很适合变推力，还省去了氦气增压系统，降低了成本。

但全流量分级燃烧明显要比燃气发生器和高压补燃循环复杂得多，技术难度也高得多，对系统设计和材料的要求很高。目前能飞上天的现役火箭发动机，也只有猛禽采用了这种循环方式，相当难以复制。像我国朱雀二号使用的80吨级天鹊12发动机，使用的就是比较简单的燃气发生器循环。那么我国有没有与猛禽一样，采用全流量分级燃烧循环的发动机呢？

也不是完全没有。就在近日，我国的航天科技集团六院，完成了200吨级全流量补燃循环液氧甲烷发动机的设计工作，正在进行发动机关键技术攻关，已开始全尺寸产品生产及验证。单看这个推力指标和工作方式，简直就是中国版的“猛禽”。

这款发动机很可能将作为巨型火箭长征九号的主发动机，具备重复使用、多次起动和大范围推力调节能力，如果研制成功，应该能达到或超越SpaceX猛禽第一代的水平。但现在这款发动机还只是完成了设计，还没有样机，更没有试车，距离成熟产品还有很长的路要走。

现在马斯克又将猛禽迭代到了第三代，实现了以管路内置为主要改进的大幅简化，一下子又把差距拉开了。不过我们也不用气馁，马斯克经常讲“开源”，虽然一些关键技术参数不可能告诉外界，但猛禽3代的技术路线已经很明显了。

我国的科研人员由此可以少走很多弯路，拥有后发优势。再加上我国的整体工业实力摆在这里，只要再有个几年时间，相信中国版“猛禽”就可以横空出世，超越猛禽3代也不是没有可能的。