猛禽发动机

猛禽（Raptor）发动机是太空探索技术公司（SpaceX）的可复用火箭发动机，负责托举星舰（Starship），也就是SpaceX这套完全可复用、按飞往火星的规格设计的发射系统。猛禽烧的是液态甲烷和液氧，这种组合叫液氧甲烷（methalox）。它也是第一款飞上天的全流量分级燃烧发动机。SpaceX指望靠它把进入轨道的价格压下来，压到去火星只是预算表上的一项开支。

猛禽发动机是什么？

猛禽是一款液氧甲烷火箭发动机，设计目标是点火、回收、再点火，而且周转要快。超重型助推器（Super Heavy）装有33台猛禽，星舰飞船（上面级）装6台：3台针对海平面调校，另外3台是猛禽真空版发动机（RVac），专为太空真空环境设计，钟形喷管做得更大，好适应高空稀薄的空气。选甲烷、不选猎鹰9号所用的煤油，理由直指火星。甲烷燃烧更干净，不容易结焦（燃烧留下的积碳会堵塞发动机，让复用更难）；而且将来可以在火星表面用当地现成的二氧化碳和水制造出来。

为什么要造猛禽

进入太空的价码一直是国家预算级别的，猛禽要解决的就是这个问题。火箭能重复使用之前，把1公斤货物送上近地轨道（LEO）要花近1万美元，轨道几乎成了各国政府和极少数亿万富翁的专属俱乐部。对普通工程师或想当宇航员的人来说，这个价格把门彻底关死了；放到整个社会，人类能在地球之外尝试的事也因此大受限制。埃隆·马斯克的思路是从火星上一座能自给自足的城市倒推回来，每一个部件都要看能不能把成本朝这个目标压低，猛禽尤其如此。

猛禽发动机的工作原理

猛禽采用全流量分级燃烧循环：全部燃料和全部氧化剂在进入主燃烧室之前，都要先流经两个预燃室，一个富燃、一个富氧。这样一来，推进剂一点都不会白白排掉，涡轮的工作温度也更低。这种发动机最早出现在20世纪60年代苏联的RD-270设计中，但RD-270始终没能上天，猛禽才是同类发动机里第一款真正飞起来的。猛禽的燃烧室压力约为300至350巴（1巴约等于1个大气压），高于俄制RD-180发动机的267巴；压力越高，同样大小的发动机推力就越大。三代下来，猛禽的海平面推力从185吨提高到280吨，增幅约一半。

推力一路提高，发动机却没有跟着变大，反而一代比一代轻：干重从猛禽1的2080公斤降到猛禽3的1525公斤，减轻约27%。猛禽3把隔热罩和外部管路直接集成进发动机内部，省掉了过去要用螺栓外挂的零件，推重比（推力与发动机自重之比）因此超过180。一级火箭要托起压在上面的全部重量，拼的就是用更轻的发动机拿到更大的推力。

猛禽的经济账

发动机怎么分配，就能看出成本账怎么算。一整套星舰装有39台猛禽，但分配并不平均。冲出稠密低层大气这份力气活由超重型助推器承担，所以助推器装的发动机比它托举的飞船多得多。按SpaceX公布的数据，V3版助推器上的33台猛禽3同时点火，起飞推力约8240吨（80.8兆牛，约1820万磅力），是当年把阿波罗飞船送上月球的土星五号火箭推力的两倍多。由于助推器每次飞行都要用满33台发动机，每一代更轻、推力更大的猛禽，都会在SpaceX造的每一套火箭上见到回报。单台发动机的成本也从猛禽1时期的近100万美元，朝约25万美元的目标一路下降。

猛禽发动机现状

猛禽累计产量已超过600台，仅猛禽2的试车时间就已超过22.6万秒。原型机正是靠这样一秒一秒攒下的点火时长，才成了真正的产品。2021年底那轮冲刺是全公司的头等大事，因为马斯克把提高发动机产量定为SpaceX的首要目标。后来产量确实上来了，到2024年已达到约每天1台。如今产线正在生产猛禽3，序列号已排到几百号，一台台从得州麦格雷戈下线。

未来走向

猛禽3是量产版本，采用一体化设计，目标是扛住再入大气层的考验，只需少量检修就能再次飞行。发动机只有做到点火、返航、再点火都不用大修，每公斤成本才能随着发射频率提高而持续下降。2026年5月22日，猛禽3在星舰第12次试飞中首飞。第12次和第13次试飞完成了助推器返航重新点火在V3版上的首轮测试；第14次试飞中，飞船上一台真空版发动机提前关机后，飞船进入了轨道。

总结

工程目标和成本目标在猛禽身上合到了一起：发动机每减掉1公斤，进入轨道的成本就跟着降一点。猛禽接下来要过的是复用这一关：用发射塔捕获V3版助推器，再让这批发动机复飞。