国产200吨级FFSCC取得重大进展！造出中国版星舰只是时间问题

2021年，中国航天部门提出了“八年九机”计划，计划用8年时间研制出9款不同型号的火箭发动机，其中最值得期待的是推力为200吨级的全流量液氧甲烷火箭发动机。这款发动机是我国自主研制的首款全流量分级燃烧火箭发动机。

据中国航天科技集团公司第六研究院（西安航天动力试验技术研究所）消息，5月12日，第六研究院在抱龙峪低温液体火箭发动机试验中心902-1试验台完成了200吨级液氧甲烷火箭发动机燃气发生器点火试验。燃气发生器是火箭发动机中涡轮泵动力来源，是最重要的核心零部件之一。

据航天科技六院11所大推力发动机总体研究室副主任张晓光介绍，我国正在研发的200吨液氧甲烷火箭发动机将应用于我国重型火箭的芯一级和二级上，综合性能指标与“猛禽”发动机相当。

这款发动机实际上就是中国版“猛禽”全流量液氧甲烷火箭发动机，一旦研制成功，我国就有望快速造出“中国版星舰”。

什么是FFSCC？

FFSCC是“全流量分级燃烧火箭发动机”的简称。

按照工作原理划分，火箭发动机可分为开式循环和闭式循环。开式循环火箭发动机通过燃气发生器燃烧室的那部分不完全燃烧燃气直接排出发动机，而不是导入发动机主燃烧室再补充燃烧，这会导致部分燃料浪费。闭式循环火箭发动机则把通过燃气发生器燃烧室的那部分不完全燃烧燃气再导入火箭发动机主燃烧室补充燃烧，所有燃料全部利用。闭式循环火箭发动机又分为膨胀循环火箭发动机、部分分级燃烧火箭发动机和全流量分级燃烧火箭发动机。

其工作原理是，燃料和氧化剂分别通过“富燃预燃室”和“富氧预燃室”小部分燃烧，驱动燃气发生器涡轮，带动涡轮泵，将燃料和氧化剂泵入火箭发动机主燃烧室燃烧，产生推力。

全流量液氧甲烷火箭发动机有何优势？

FFSCC中最适合作为可重复使用火箭发动机的是全流量液氧甲烷火箭发动机。

从比冲指标来看，全流量氢氧火箭发动机是最高的，但由于氢气分子量太小，非常容易逃逸，发动机高压部分舱室、管路密封需要用价格昂贵的氦气来辅助密封。甲烷分子则不存在这个问题，无需使用氦气辅助密封。既能降低发动机复杂度，也能降低重量，提升火箭载荷系数。

从推进剂储存来看，液氢液氧融点、沸点差距很大，储存必须做好保温隔热措施，否则液氧会被冻成固体。而液氧和液体甲烷融点、沸点接近，可以采用共底储箱，相比单独用两个储箱可以降低不少重量。

从推进剂价格来看，液氢价格高昂，远超液体甲烷。采用液氧甲烷方案，推进剂成本要低很多，更适合作为可重复使用火箭推进剂。

此外，全流量液氧甲烷火箭发动机的两个燃气发生器可采用共轴设计，同样有利于降低结构死重。

至于所谓的液氧甲烷火箭发动机更适合在火星使用，其实是误传。毕竟液氢液氧只需要电解水就能获得，而甲烷需要用氢气和二氧化碳合成，获取难度更大。

全流量液氧甲烷火箭发动机有什么技术难点？

全流量液氧甲烷火箭发动机同时集成了“富燃预燃室”和“富氧预燃室”，其中最大的技术难点在于“富氧预燃室”。

有一定化学基础知识的网友都知道，液氧在几百度高温条件下非常容易迅速腐蚀各种有机物和金属。能不能研制出全流量火箭发动机，关键是看我国能否研制出一种特殊的合金能够避免被几百度高温的液氧腐蚀破坏。

幸好，我国通过高压补燃液氧煤油火箭发动机攻克了这一难题，造出中国版“猛禽”发动机只是时间问题。因此，我们完全没必要把“猛禽”全流量液氧甲烷火箭发动机神化。当然，这里要强调一点，“猛禽”发动机迭代改进速度极快，短短几年内已经迭代了2代，现在连第三代都开始测试了，短期内我国难以追上，仍需再接再厉。

从发动机研制角度来看，高压补燃液氧煤油火箭发动机需要同时解决“富氧预燃”抗高温液氧腐蚀难题和发动机积碳难题，而全流量液氧甲烷火箭发动机只需要解决“富氧预燃”抗高温液氧腐蚀难题即可，至于“富燃预燃”，相比解决“富氧预燃”和“积碳”难题简直不值一提。

值得一提的是，“星舰”技术复杂度很低，只要能造出“猛禽”发动机就能造出这种庞然大物。

“星舰”设计思路就是尽可能简化设计以降低成本，仅两级组成，而且二级与载荷舱直接刚性连接，两级均采用“猛禽”系列发动机，推进剂中的燃料储箱和氧化剂储箱直接采用共底设计，并直接采用不锈钢制造，工艺难度很低，在简易厂房就能制造。这也是包括印度在内的多国纷纷效仿的根本原因。其实“星舰”的结构复杂度甚至不如我国的长征五号运载火箭。实际上造出“星舰”的最核心问题就是能不能造出性能可靠的“猛禽”发动机、能否垂直降落和能否解决堆发动机带来的共振难题。

至于回收功能，其实没有大家想象的那么难，我国一位在校大学生就通过微型火箭实现了垂直降落功能。无独有偶，今年4月我国民营航天企业中科宇航官方发布了一则消息，宣布公司 1 月至 3 月期间在山东海阳持续进行了垂直回收演示验证飞行试验，完成了陆上发射回收和海上回收，垂直回收原理样机演示试验的圆满成功，还验证了多项关键技术。

“星舰”通过堆发动机，将LEO运力提升到150吨以上级别，同时还大幅度降低了入轨成本。这个成就很了不起，但这实际上是“模式”创新带来的红利，而非技术创新带来的红利。

当然，目前“星舰”仍然谈不上成功，如果不能解决“多发动机共振导致部分发动机失效的难题，它很可能重蹈前苏联N1火箭屡射屡败覆辙。

总体而言，只要能造出中国版“猛禽”发动机，那么造出“星舰”就不再有难以攻克的难题，成功只是时间问题而已。