为什么我们需要造液氧甲烷火箭？

　　现在火箭普遍使用的主力燃料有四种，
　　表格摘自本人的电子书：《一小时读懂人类航天史》
　　（临时插播一个小知识点：火箭发动机最重要的评价指标之一是比冲，单位习惯使用秒（s）。可以理解为1kg的燃料产生1kg力的推力可以持续的时间（秒数），比冲越高越好意味着相同质量的燃料火箭能获得更多动量。）对于这四种主流燃料而言，各有优缺点
　　1.固体燃料只适用提供短期大推力（起飞阶段/助推器）、长期贮存随时应急情况。但是燃料是战备物资且极其昂贵，且比冲过低根本干不了大活，必须发展但不可能成为主力；
　　2.四氧化二氮/联氨（胺）接触即燃、可常温贮存、比冲中等偏下，性价比适中。但是剧毒且也极其昂贵，不能因为单纯追求简单和可靠性而不更新换代，总体上必须要淘汰掉的。
　　3.液氧煤油是现在第一性价比，但煤油的质量要求极高，因为它的燃烧容易积碳结焦。苏联时代弄了很多，那也得益于巴库油田产的上等石油。但总体上阻碍火箭多次回收使用。SpaceX的优势在于发动机也简单，稍微清理即可，但那是9个小型墨林发动机一起推，再往后单个发动机做大推力的话还是有必要进一步升级。总体上，一次性火箭和小火箭时代很好用，如今显然要改进；
　　4.液氧液氢比冲最高，但发动机设计难度太大，贮存燃料箱难度也大（液氢超级占地方，与液氧温度差距大还要做隔热），导致火箭又胖又贵，最理想的是用它在第二级甚至更高即可，最大限度利用它排名第一的超大比冲，这是它目前无法被任何燃料火箭直接取代的最大优点，一定会长期作为必备燃料。因而主力第一级能换个性价比更高的最好。
　　比如说，史上第一(从1967至今)火箭土星五号的组合堪称完美：一级液氧煤油做主力推出大气，二级和三级液氧液氢快速干活送更远。而液氧甲烷火箭是介于液氧煤油和液氧液氢的又一个选择，它的优点是
　　1.比冲虽然依然跟液氧液氢没得比，但略高于液氧煤油（365到380左右，液氧煤油355左右）；
　　2.完全没有积碳结焦，维护很方便，发动机只要不烧坏基本无限用，是可回收火箭的最优选择；
　　3.液氧(-182)和甲烷(-162)的保存温度/沸点非常接近，难度远低于液氧和液氢(-253)，后者在火箭中的贮存是个极其棘手的问题；（但不如煤油）。
　　4.液态甲烷密度为422千克/立方米，远高于液氢的71千克/立方米，同等质量/能量燃料需求体积降低很多；（但不如煤油的840千克/立方米）。
　　5.设计难度并不大，可以沿用液氧煤油发动机那一套成熟体系。难度也低于液氧液氢发动机，毕竟液氢密度低，燃烧时对发动机涡轮泵的转速要求实在太高了；
　　6.总体上，它的发动机难度略高于液氧煤油，但总体上比液氧液氢简单，也很有可行性；
　　7.燃料级液态甲烷的制备难度并不高，成本低于液氢生产线、火箭煤油生产线和昂贵的联胺/固体燃料；
　　(伊隆马斯克的火星梦想重要组成部分就是甲烷在火星的原位生产，将二氧化碳和水变成甲烷和氧气)
　　8.从理论上讲，适合人类星际探索时资源的原位利用。因为甲烷在其他星球上并不罕见，冥王星和土卫六泰坦上，那是深不见底的甲烷海啊…
　　总体上讲，液氧甲烷和液氧煤油在历史上相比不相伯仲。
　　但新时代而言，液氧甲烷有一定优势，尤其是对多次复用价值。下一代人类火箭，必然往可回收方向发展，因而世界各国都在重点研发液氧甲烷火箭，国家队方面，美中俄都在搞。商业航天方面
　　目前世界上两个头部玩家蓝色起源和SpaceX都在做一件相同的事情：开发液氧甲烷燃料火箭发动机。
　　蓝色起源家的BE-4发动机是个推力高达240吨的怪兽，计划用在自己家的重型火箭新格伦上，这个火箭的近地轨道运载能力为45吨，也可以重复回收利用，是个可以和猎鹰重型火箭比肩的大个子。
　　BE-4足以叫做世界第一液氧甲烷火箭，被业内各种看好。虽然进度稍慢，一直在做点火测试、计划到2021年才能火箭首飞，但它早被波音/洛马家的联合发射同盟ULA预定为下一代主力火箭火神（Vulcan）的一级发动机。这个火箭近地轨道运力35吨，也是个大家伙。
　　美国国防部也很看好，给波音家的XS-1无人空天战机合同就要求用BE-4作为主力发动机。
　　第二个玩家就是SpaceX。
　　他家的下一代火箭，不管是BFR还是ITS还是Starship，都比现在的猎鹰九号和猎鹰重型强很多，一个重要原因就在于将使用新研发的猛禽（Raptor）发动机。
　　推力达到200吨级别，真空比冲在380水平，也非常了不得。
　　可以说，伊隆马斯克下一步＂吹的所有牛皮＂，就全靠着一台/系列发动机了。
　　我国商业航天也有玩家，最近听说消息某公司的80吨级液氧甲烷发动机基本完成装配，未来可以慢慢试车测试了，也是了不起的成就。
　　希望各个公司一切顺利！