Methalox 可能会在 2022 年获胜，但获胜者尚不清楚

目前，几枚以甲烷为燃料的火箭正在进入轨道。 借助 SpaceX 的 Starship、联合发射联盟 (ULA) 的 Vulcan 和 Rocket Lab 的 Neutron，美国所有最活跃的发射供应商都致力于使用甲氧甲烷和氧气。

Blue Origin 的 New Glenn 和 Relativity Space 的 Terran 系列等即将推出的发射器也在开发中，而来自 Landspace 的中国的朱雀 2 导弹可能更适合在任何美国车辆之前飞行。

为什么甲烷燃料火箭以前从未飞行过的答案是化学和工程复杂性的问题。 但随着新设计优先考虑再利用以及火星任务的原位资源利用 (ISRU)，甲烷和氧气的混合物已成为下一代运载火箭的标准。

与最常见的液体燃料混合物：kerolox（煤油和氧气）和 Hydrolux（氢气和氧气）相比，燃烧的稳定性是一个特殊的问题。 氢气和煤油 Rocket Propelant-1 (RP-1) 的沸点与液氧 (LOX) 的沸点非常不同。 然而，甲烷的沸点与其氧化剂非常接近。

猛禽 2 在海平面上产生超过 230 吨的推力，高于猛禽 1 的 185 吨 pic.twitter.com/o1Rqjwx6Ql

– 太空探索技术公司（SpaceX） 2022 年 2 月 11 日

对于氢发动机，燃烧发生在氧气滴在点火过程中被氢气分子包围的情况下，而 RP-1 则相反。 对于甲烷，沸点相似，这意味着在蒸发和燃烧过程中两种分子都处于何种状态并不明确。 这会导致燃烧不稳定，并难以将甲烷用作火箭燃料。

虽然开发将为这些下一代车辆提供动力的发动机并非没有挫折和挑战，但火箭推进技术的最新进展使甲烷发动机成为可能。 新的开发工作由新的再利用目标和新的空间目的地推动，例如 火星.

甲烷是在红色星球上用于加油的最佳推进剂。 借助“萨巴蒂尔反应”，火星上可以生产甲烷火箭燃料，该反应可以从氢气和二氧化碳中产生水和甲烷。 这将使 ISRU 到火星自然资源能够通过不必从地球引入所有所需燃料来执行新任务。

使用甲烷的另一个原因是成本。 几乎所有将使用甲烷的下一代发射器都在追求以某种形式或形式再利用的想法。 中子 和 新格伦 至少在最初，两者都针对部分可重复使用的车辆，使用推进剂着陆早期阶段和消耗性上层阶段。 星舰 和 蒂兰 R另一方面，计划完全重复使用，没有消耗阶段。 即使在 火神 在未来的发展计划中，它可能仍会进行引擎修复。

Vulcan Engine Division 包含一对 BE-4 甲氧基发动机，重新进入地球大气层进行回收和再利用。 （信用：NSF/L2 的 Mac Crawford）

除了可重复使用性之外，制造改进还降低了建造和运营运载火箭的成本。 随着这些因素的减少，燃油经济性变得越来越重要。 如果导弹发射成本为 2.5 亿美元，那么每次发射的燃料是 200 万美元还是 400 万美元都没有关系。 但如果每次发射的总成本为 2500 万美元，那么燃料在总发射成本中所占的比例就会大得多。 甲烷是三种液体燃料中最便宜的，其性能大大优于氢气和 RP-1。

与 RP-1 发动机相比，另一个因素是焦炭。 RP-1 燃烧不如氢气或甲烷干净，但会留下其他物质，可与汽车中的汽油相媲美。 这种残留物可能会卡在发动机和喷嘴中，并覆盖在各种用途中。 此效果在使用时可见 猎鹰 9 在这些阶段，导弹在再入和下降过程中通过排气翱翔，在导弹外部留下燃烧残留物。

在再利用时代之前，kerolox 发动机只使用一次，因此焦化不是问题，因为每次骑行都会设计新发动机。 可口可乐不是重复使用的噱头； 毕竟，SpaceX 以煤油为燃料的猎鹰 9 号继续打破重复使用记录。 但随着设计增加了快速和完全的可重复使用性，减少焦炭将减少准备回收化合物以供重新飞行所需的时间和精力。

虽然氢是一种更清洁的燃烧燃料，但它有其自身的再利用问题，尤其是密度。 Hydrolox 是三者中能量密度最低的燃料，这意味着可重复使用的 Hydrolox 相必须比 kerolox 或methalox 燃料大得多。 Metallux 的另一个优势由此显现：它是一种清洁、致密且高效的推进剂。 甲烷不仅提供类似于煤油的密度，而且还提供类似于氢火箭发动机的特定提升（效率）。

2022 年初发射的 Relativity Space 为人族 1 号提供了九台 Aeon 1 甲氧基发动机。（图片来源：NSF/L2 的 Mack Crawford）

由于液氧和液甲烷的温度非常相似，因此相内两个罐之间的组合挡板的应用也变得更加容易。 由于氢气、液氧和非常不同的沸点温度，公共罐区可能会导致热问题。 对于甲烷，情况并非如此，这意味着组合屏障设计是减少车辆质量的可行方法。

这些新型甲氧基运载火箭将于今年首次在轨道上首次亮相。 虽然其中一些还剩下大量的开发工作，但其他一些已经接近准备好飞行，尽管目前尚不清楚哪个将是第一个进入轨道的甲氧基驱动飞行器。

也许最引人注目的是由 SpaceX 建造的星际飞船. 拥有 33 台以甲烷为燃料的 Raptor 发动机，这是 Methalox 优势的一个典型例子。 它们不仅设计用于将有效载荷运送到火星并利用 Sabatier 的反应带回人类和货物，而且它们还设计用于多次飞行而无需进行大修。 目前，整个星际飞船系统计划在 2022 年进行首次飞行尝试，并且是第一枚进入轨道的甲烷燃料火箭的候选者之一。

另一个候选者是来自 Relativity Space 的人族 1。 小型卫星运载火箭由 Aeon 1 发动机提供动力，这将为更大、可重复使用的发动机 Aeon R 的设计提供参考。这个更大的版本将为 Relativity 的第二枚导弹人族 R 提供动力，该导弹将完全可重复使用，并且在 2024 年之前不会飞行。仍计划在 2022 年推出人族 1 小型消耗性车辆。

一个中子重新点燃阿基米德的 Metallox 引擎以进行着陆。 （信用：NSF/L2 的 Mac Crawford）

美国第一颗 Methalox 轨道火箭的最后一个竞争者是 ULA 的 Vulcan，由 Blue Origin 的 BE-4 发动机提供动力：与为 New Glenn 提供动力的发动机相同。 用过的运载火箭将使用以氢为燃料的上级，但以甲烷为燃料的第一级将是轨道发射系统的重要组成部分。 Vulcan 的处女航目前仍计划在今年进行。

虽然 Blue Origin 还在 New Glenn 开发 Metholux 动力火箭，但该火箭今年不会准备好，Blue Origin 应该在 New Glenn 之前为 ULA 提供 Vulcan 的 BE-4 发动机。

与此同时，火箭实验室的中子火箭将由甲氧基阿基米德发动机提供动力，今年将在本世纪中期首次在中子上进行测试。

Pleiades-1B 于 2022 年 1 月 15 日 04:26:24 UTC 在酒泉卫星发射中心拍摄了这张最新发射场的图像。

看起来平台上可能有 LandSpace 的 ZQ-2 火箭的舞台（或模型）。 pic.twitter.com/plJctAP72E

-哈利陌生人（@Harry__Stranger） 2022 年 1 月 17 日

在美国之外，第一颗进入轨道的神话火箭还有另一个竞争者：来自中国的朱雀二号火箭。 该燃气发电机发动机由 TQ-12 甲氧基发动机提供动力，计划于今年首次亮相。 最近，与出口探路者相关的仪表板已经出现，ZQ-2 很有可能成为第一颗在轨的甲烷火箭，与星际飞船、火神和人族 1 号竞争。

（主图：20 号船和 4 号助推器堆放在油库旁边的轨道发射场，这将在发射前为轨道宇宙飞船提供甲烷和氧气。图片来源：玛丽（推文嵌入) 对于 NSF)