为什么已经有了高性能的氢氧火箭，人类还要开发甲烷火箭？
说到火箭，大家脑子里可能第一个浮现的就是那壮观的蘑菇云和震耳欲聋的轰鸣，而支撑起这股力量的，往往是氢氧发动机。确实，氢氧组合是目前火箭界里当之无愧的“性能王者”，比冲（衡量发动机效率的指标）甩其他很多组合几条街。那问题来了，既然氢氧这么牛，我们为什么还要耗费大量心血去搞甲烷火箭呢？是不是有点“吃饱了撑的”？
其实，这事儿可没那么简单，背后隐藏着对未来太空探索更深层次的考量。就好比你有了辆赛车，但你也会考虑买辆皮卡，因为它们满足的是不同场景的需求。甲烷火箭的出现，并非要取代氢氧，而是要填补一些氢氧火箭难以胜任的角色，并为我们更长远的太空梦想铺路。
一、成本这道坎，氢氧火箭有点“贵公子”的脾气
大家都知道，氢氧火箭的燃料——液氢和液氧，都需要在极低的温度下储存和运输。液氢更是要冷却到零下253摄氏度，液氧也得零下183摄氏度。想想看，这需要多么精密的隔热技术、多么昂贵的低温储罐，以及多么复杂的地面保障设施。每次发射前的加注，就像给火箭“打点滴”，需要小心翼翼，耗时耗力，成本自然水涨船高。
相比之下，甲烷（液态甲烷）就亲民多了。它的沸点虽然也是零下161.5摄氏度，比常温高不少，但比液氢要“温暖”得多。这意味着我们对储罐的隔热要求可以降低，制造和维护的成本也随之下降。在商业航天蓬勃发展的今天，降低发射成本是吸引更多客户、实现太空经济的关键。比如SpaceX的星舰，选择甲烷就是看中了其潜在的成本优势。
二、易于储存和处理，给火箭“减负”不少
除了成本，氢氧火箭在储存和处理上也比较“娇气”。液氢容易挥发，储存时间长了会损失不少，这意味着火箭在发射前必须进行频繁的补充，增加了操作的复杂性和风险。而且，氢气极易燃易爆，对安全要求极高。
甲烷就相对“皮实”多了。它的挥发性比氢气低很多，可以在常温下储存一段时间而不至于损失太多，这对于执行周期较长、需要多次启动的深空任务或者星载推进系统来说，优势就非常明显了。再者，虽然甲烷也是易燃物，但其爆炸极限比氢气要窄，且密度比氢气大，在某些方面更容易管理和控制。
三、就地取材的潜力，为星际旅行打开方便之门
这是甲烷火箭最令人兴奋的一点，也是它被寄予厚望的关键原因——就地取材。在未来的月球和火星探索中，我们总不能每次都从地球把所有燃料运过去吧？这成本高得吓人，而且也不现实。
好消息是，甲烷可以在火星上找到原材料。火星大气层中有大量的二氧化碳，水冰也普遍存在于极地和地下。通过一种叫做“萨巴蒂埃反应”（Sabatier reaction）的化学过程，就可以将火星上的二氧化碳和水（通过电解产生氢气）转化为甲烷和水。简单来说，就是利用火星的资源制造火箭燃料！
一旦我们能够实现“就地取材”制造甲烷燃料，就意味着我们可以大大降低前往火星甚至更远星系的成本和复杂度。火箭可以在抵达目的地后，利用当地资源补充燃料，然后返回地球，或者继续前往下一个目的地。这对于建立月球基地、殖民火星、进行更深入的太阳系探索，具有划时代的意义。而氢氧燃料在火星上制造的难度则要大得多。
四、发动机性能上的权衡与进步
虽然氢氧火箭的比冲最高，但甲烷火箭在其他一些性能指标上也并非一无是处，并且随着技术的进步，也在不断优化。
更长的使用寿命： 甲烷燃烧产生的碳（虽然会沉积在发动机内部，但可以通过设计来控制和清理）相对温和，对发动机的侵蚀性比氢氧燃烧产生的过热蒸汽要小一些。这意味着甲烷发动机可能拥有更长的使用寿命，更适合需要频繁启动和长时间工作的任务。
更容易实现重复使用： 甲烷火箭的发动机相对更容易设计成可重复使用的模式。例如，SpaceX的猛禽发动机，正是基于甲烷燃料的特点，实现了一些创新的设计，以适应多次点火和回收。
更适合高密度燃料： 相较于密度很低的液氢，液态甲烷的密度更高。这意味着在相同的体积下，可以储存更多的甲烷燃料。对于需要携带更多燃料但又受限于火箭内部空间的设计来说，这是一种优势。
五、并非非此即彼，而是“兵种互补”
需要强调的是，开发甲烷火箭并不是要彻底抛弃氢氧火箭。氢氧火箭凭借其极致的比冲，在执行需要最大化有效载荷或者需要最快速度抵达的轨道任务时，仍然是无可替代的选择。例如，载人登月、将大型卫星送入高轨道等，氢氧火箭依然是主力。
甲烷火箭的出现，更像是在我们航天“军械库”里增加了新的“兵种”。它擅长成本控制、就地取材，并且在一些特定场景下拥有独特的优势。未来，我们可以看到两者“分工合作”的局面：
氢氧火箭： 执行那些对性能要求极致的任务，比如重型运载火箭的主力级，或者深空探测器的高速转移阶段。
甲烷火箭： 承担起商业发射服务、未来的星际货物运输、以及火星和月球上的局部往返任务。
简单来说，我们之所以还在“折腾”甲烷火箭，是因为它为我们打开了通往更遥远、更经济、更可持续的太空探索之路的可能性。这不仅仅是技术的进步，更是我们对未来太空文明愿景的有力支撑。就像汽车有燃油车、电动车一样，火箭也有了氢氧和甲烷，它们共同构建了人类探索宇宙的多样化路径。
网友意见
现在火箭普遍使用的主力燃料有四种，
表格摘自我的知乎电子书：离开地球表面：一小时读懂人类航天史
懒得读书的话我给你额外补充几点：
1.固体燃料只适用提供短期大推力（起飞阶段）、长期贮存随时应急情况，燃料是战备物资且非常昂贵，且比冲过低干不了大活，必须发展但不可能成为主力；
2.四氧化二氮/联氨性价比适中，但是剧毒且很昂贵，除了一些多次点火上面级情况，但其实目前技术冷燃料也可以实现了，总之是必须要淘汰掉的，不能因为单纯追求简单和可靠性不思进取；
======分隔下======
3.液氧煤油是现在第一性价比，但煤油燃烧容易积碳结焦，阻碍火箭多次回收使用。SpaceX的也是如此，但它的发动机也简单，稍微清理即可，再往后大推力的话不行（SpaceX在研的核心发动机是液氧甲烷的猛禽）；一次性火箭时代很好用，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完美选择，它的优点是：
1.比冲略高于液氧煤油（365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，难度低于液氧液氢(-253)；
4.甲烷的分子量为16，远高于氢的2，密度大很多，同等质量/能量燃料需求体积降低；
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；
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.甲烷的制备难度并不高，且在其他星球上并不罕见，冥王星和土卫六上，那是深不见底的甲烷海啊。。。
下一代人类火箭，必然往可回收方向发展，单纯就上述优点的第二条就已经是很天大的优势。因而世界各国都在重点研发液氧甲烷，国家队方面，美中俄都在搞。
商业航天方面，SpaceX和蓝色起源的在研最核心发动机都是液氧甲烷，蓝色起源的BE4发动机还刚拿到了发射联盟ULA下一代火箭主力发动机合同，这是个很牛的成就。
可以说，这个时代不玩液氧甲烷火箭，是没啥前途的，尤其是对商业火箭公司。
（个人看法，仅供参考）
前几天，亚马逊老板贝佐斯的液氧甲烷发动机BE-4拿了五角大楼合同，为ULA给美国空军发射项目的火箭提供发动机，真是激动人心。另一位更有名的航天创业明星埃隆马斯克的SpaceX下一代重型火箭BFR主发猛禽也同样选了液氧甲烷组合。
为啥人类有了强大的氢氧火箭，却在现在开始大力发展液氧甲烷了？
堪用的比冲
火箭的推进效率也就是比冲定义为：每一公斤燃料产生一公斤推力的持续时间，单位为秒。而比冲跟喷气速度成线性相关。
液氧甲烷的比冲虽然低于优秀的氢氧组合，但是依旧比液氧煤油高出一些，使得这个燃料氧化剂组合有了实用价值。
氢气对工程学提出的挑战
液氢因为低温，造成了很多工程困难，如果液氢在管路中遇到空气，那空气会直接结冰而堵住管路。氢气的密度极低，分子极小。分子小导致别的气体无法渗透的地方，氢气可以，所以氢管路阀门都对设计制造提出了极高要求。另外氢气会渗入金属部件，造成氢脆问题，不再展开。
较低的甲烷燃料罐设计制造难度
因为氢气密度极低，氢氧火箭的氢气罐远比氧气罐要大。
氢罐很大，但又很轻，对整体设计不是很友好。
相对于氢氧组合，甲烷的沸点远高于液氢，和液氧接近，分子又大，真是太友好啦！
液氧甲烷火箭的燃料罐和氧气罐差不多大，省了不少事呢。
较低的涡轮泵设计制造难度
一台火箭发动机的绝大部分设计成本和大部分制造成本都是它的涡轮泵，因为氢的密度太低，氢泵转数要求高，设计很困难。需要多级泵才能达到想要的燃烧室压力。
甲烷火箭从燃料罐，到管路，再到涡轮泵，全都大幅降低了难度。其涡轮泵甚至一级就够了。
不易结焦
相比煤油火箭，液氧甲烷组合的发动机不易结焦。不光是提高燃气发生器温度，主燃烧室压力潜力更大。而且再次使用时，省了清理工作。
外星有储量丰富的甲烷
咱们惦记着星际旅行，出了门没地方加油回不来了咋办。甲烷这个东西在外星不是个稀罕物，所以甲烷火箭到了火星，可以想办法加注火星产的甲烷再飞回来。当然别的有甲烷的星球也行。
较低的流体模拟设计难度
甲烷分子虽然比氢气复杂，但是比煤油分子简单多了。
上图是氢氧燃烧的全部分反应，虽然初中化学氢氧燃烧简化到只有2H2+O2=2H2O，但是实际情况复杂很多。想象一下煤油燃烧的复杂程度，下图为煤油燃烧的简化反应。甲烷就简单得多了。这使得发动机设计，流体和燃烧模拟工作，降低了很多难度。
肯定还有别的原因，想起来再来更新。所以这又是一个会经常更新的回答。
关于火箭发动机的扩展阅读：
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