梅林引擎
2006太空探索技術公司(SpaceX)自研的一款結構簡單的引擎,獵鷹9號靠它升空。
梅林(Merlin)引擎是SpaceX的液體燃料火箭引擎系列,低成本入軌能成為現實,靠的就是這一系列主力引擎。梅林以RP-1火箭煤油為燃料、液氧(LOX)為氧化劑,由SpaceX在21世紀初自行設計。獵鷹9號的一級裝有9台海平面版梅林1D,排成一圈裝在名為Octaweb的引擎支撐結構上,同時點火;二級只用1台專為真空環境優化的版本,即梅林真空版引擎(MVac)。
SpaceX梅林引擎的推力有多大?
SpaceX現役的梅林1D引擎,單台海平面推力約86噸(845千牛,合19萬磅力),還能深度節流。梅林屬於燃氣發生器循環火箭引擎,是一種「開式」設計:分出一小部分燃料驅動渦輪泵,做完功的燃氣直接排出機外。獵鷹1號、獵鷹9號和獵鷹重型用的都是這款引擎。
為什麼要造梅林引擎
SpaceX造梅林,先考慮的是錢,其次才是技術。公司需要一台一級引擎,又不想為市面上現成的產品付高價,乾脆自己造了一台便宜、簡單的。燃氣發生器循環的效率不如更複雜的分級燃燒循環(補燃循環)引擎,但造起來容易得多,也便宜得多。SpaceX還借用了針栓式噴注器(負責把燃料和氧化劑混合在一起的部件),這一設計來自阿波羅登月艙的下降引擎,早在1960年代就經過了驗證。早年間,工程師把關鍵部件從鑄鋁換成更結實的因科鎳(Inconel,一種鎳基合金),部件才扛得住高溫。
工作原理
針栓式噴注器一物兩用:既負責混合推進劑,又讓梅林的推力能從滿推力一路調低到40%。有了這個調節範圍,獵鷹9號助推器才能充分減速、完成著陸,不至於燒毀。這款引擎推力大、自重輕,推重比超過150:1。
基本設計沒變,單台海平面推力卻一路攀升:2006年梅林1A約35噸(340千牛);2013年梅林1D隨獵鷹9號v1.1首飛,達到約66.7噸(654千牛);2018年隨獵鷹9號Block 5升至約86噸(845千牛),約為最初的2.5倍。
二級引擎只有一處關鍵不同:把海平面噴管換成按真空環境設計的大型鐘形噴管。核心部件不變,比衝(Isp,衡量燃料效率的指標,單位為秒)卻提高約66秒,從海平面的282秒升到真空中的348秒。二級入軌要爬升很長一段路,這個更大的噴管就在這段路上派上用場。
梅林引擎的經濟帳
真正改寫這筆帳的是重複使用。截至2026年10月,SpaceX的統計顯示獵鷹系列助推器已著陸約666次;2026年8月25日,B1067助推器完成第37次飛行,創下紀錄。9台引擎的成本攤到30多次飛行上,每次飛行分到的引擎成本只佔單次發射成本的一小部分。整個業務都是同一套邏輯:產量高,重複使用次數逐年增加,單位成本不斷下降,這些都在支撐發射業務,SpaceX自家的星鏈(Starlink)衛星也靠這項業務送上天。
梅林引擎現狀
梅林已是史上產量最高、飛行次數最多的火箭引擎之一。SpaceX的梅林年產能約500台;獵鷹9號一級裝有9台,起飛時海平面總推力超過775噸(7.6百萬牛頓)。2025年,獵鷹系列火箭發射165次,創下紀錄。
未來走向
埃隆·馬斯克公開說過,梅林保持的一些紀錄,後繼的引擎未必趕得上。他稱梅林在推重比和推力成本比(每單位成本換來的推力)上都是世界紀錄保持者,還說擔心燒甲烷的猛禽(Raptor)引擎雖然效率更高,恰恰可能在這兩項上不如梅林。眼下,SpaceX每年100多次發射靠的仍是梅林,猛禽則用在更長遠的星艦(Starship)計畫上。
總結
梅林證明,簡單、便宜、可重複使用的引擎,花同樣的錢能比更精密複雜的引擎飛更多次。梅林至今已為700多次獵鷹系列火箭發射提供動力。
時間軸
- 2003年:梅林研發全面展開,梅林1A原型機開始在德州麥格雷戈測試場做熱試車。
- 2004年:工程師把關鍵部件從鑄鋁改為更耐用的因科鎳合金,這一改動沿用到了梅林1的設計中。
- 2006年3月24日:獵鷹1號搭載梅林1A在太平洋馬紹爾群島的奧梅萊克島首次發射,飛行在升空後不久結束。
- 2007年11月:SpaceX完成梅林1C研發。整個專案共做了125次以上試驗,累計點火超過3000秒,最後在麥格雷戈完成一次170秒的鑑定熱試車。
- 2008年9月28日:梅林1C把獵鷹1號送入軌道(第4次發射),獵鷹1號由此成為首枚由民營企業研製並成功入軌的液體燃料火箭。
- 2008年12月:入軌成功約3個月後,SpaceX拿下NASA商業補給服務(CRS)合約,金額約16億美元。
- 2010年6月4日:獵鷹9號v1.0靠9台梅林1C從佛羅里達州卡納維爾角完成首次軌道發射。
- 2011年:梅林1D進入研發,這次重新設計的目標是更大的推力和更高的效率。
- 2013年:梅林1D和9台引擎的Octaweb佈局隨獵鷹9號v1.1首次亮相。
- 2015年12月:獵鷹9號全推力版(Full Thrust)首飛,換裝推力提升的梅林1D,並採用深度冷卻的推進劑。
- 2018年5月11日:獵鷹9號Block 5首飛,每台梅林1D推力約86噸(845千牛)。
- 2026年8月25日:B1067助推器完成創紀錄的第37次飛行,搭載29顆星鏈衛星。
