有没有液氧甲烷运载火箭？如果研发有无优势？
有的，液氧甲烷（LOX/CH4）运载火箭并非新鲜事物，而是当下航天领域一个非常热门的研究和发展方向。全球范围内，有多个国家和商业航天公司都在积极研发和测试以液氧甲烷作为推进剂的火箭。
举例来说：
SpaceX的星舰（Starship）： 这是目前最知名、也最具代表性的液氧甲烷运载火箭项目。星舰的目的是实现完全可重复使用，能够将大量载荷送往地球轨道，甚至登陆月球和火星。其猛禽（Raptor）发动机就使用了液氧甲烷。
蓝色起源的火箭（例如：新格伦New Glenn，以及正在研发的BE4发动机）： 蓝色起源的“新格伦”重型运载火箭就采用了其自主研发的BE4发动机，该发动机同样以液氧甲烷为推进剂。BE4发动机也是美国联合发射联盟（ULA）的下一代火箭“火神（Vulcan）”的动力来源。
中国航天领域的探索： 我国也有多家航天公司和科研机构在液氧甲烷火箭方面进行着深入的研究和开发，例如长征八号改进型运载火箭（计划采用液氧甲烷发动机）、天龙系列火箭等。
研发液氧甲烷运载火箭的优势，可以从多个维度来详细分析：
一、 成本与可获取性：
甲烷的廉价与易获取性： 液氧甲烷的“甲烷”部分，即液化天然气（LNG），是一种非常普遍且价格低廉的化石燃料。它在全球范围内储量丰富，开采和运输技术成熟，成本远低于传统的液氢（LH2）。这对于需要大规模生产和频繁发射的商业航天公司来说，是极具吸引力的。
相对低廉的生产成本： 相比之下，液氢需要极低的温度（253°C）来储存，其制备、液化、储存和运输过程都非常复杂且耗能，成本也相对较高。液氧的生产虽然也很成熟，但与甲烷相比，在某些环节的成本上仍然存在差异。
二、 发动机性能与技术优势：
高密度比冲： 液氧甲烷的比冲（衡量火箭发动机效率的指标）虽然略低于液氧液氢（LOX/LH2），但依然属于高比冲推进剂组合。这意味着在相同的燃料质量下，它能产生更长的燃烧时间和更大的推力，或者需要携带更少的燃料以达到相同的目标。
“清洁”燃烧与积碳问题： 甲烷燃烧产物主要是二氧化碳和水蒸气，相对于煤油（RP1）等碳氢化合物，其燃烧产物更加“清洁”，产生的积碳相对较少。这一点至关重要，因为它直接关系到火箭发动机的重复使用能力。
降低发动机维护难度： 传统使用煤油的火箭发动机，例如德尔塔IV（Delta IV）系列中的RS68和猎鹰9号（Falcon 9）中的Merlin发动机，在多次使用后，燃烧室和喷管内会产生积碳，影响发动机性能，需要进行详细的清理和维护。液氧甲烷的低积碳特性意味着发动机可以承受更多的启动次数，大大降低了重复使用的维护成本和复杂性。
更长的发动机寿命： 积碳不仅影响性能，还会加速发动机部件的磨损。减少积碳意味着发动机部件的寿命可以得到延长，进一步降低了重复使用的运营成本。
高密度与小型化： 液氧甲烷的密度比液氢高得多。这意味着在相同的体积下，可以储存更多的甲烷燃料。
减小燃料箱体积与重量： 更高的密度允许使用更小、更轻的燃料箱，这能直接转化为火箭的有效载荷能力提升，或者在相同载荷下减少火箭整体的尺寸。
简化结构设计： 更小的燃料箱也意味着火箭的整体结构可以更紧凑，减少了结构重量和复杂性。
更易于储存与处理： 液氧甲烷的储存温度（183°C）比液氢（253°C）要高得多，也比液氧稍高一些。虽然仍然需要低温储存，但这个温度范围相对更容易管理。
降低对保温材料的要求： 相对于极低温的液氢，液氧甲烷对保温材料的要求略低，降低了储箱的复杂性和制造成本。
潜在的“就地取材”可能性： 在进行深空探测任务时，例如火星殖民，甲烷可以通过“就地取材”（InSitu Resource Utilization, ISRU）的方式，利用火星上的二氧化碳和水（通过Sabatier反应）来生产。虽然这只是一个长远目标，但液氧甲烷的这一特性使其在未来深空探索任务中具有独特的战略价值。
三、 推动航天产业发展的潜力：
降低发射成本，刺激市场： 通过降低燃料成本和提高发动机的重复使用率，液氧甲烷火箭有望大幅度降低航天发射的成本。这会吸引更多企业和研究机构进入航天领域，催生新的商业模式和应用场景，例如大规模的卫星部署、太空旅游、太空资源开采等。
支持太空探索的雄心： 更低的成本和更强的可重复性是实现载人登陆月球、登陆火星乃至更远深空探索的关键。液氧甲烷火箭为这些宏伟目标提供了更现实的技术和经济基础。
技术创新与产业升级： 对液氧甲烷发动机和相关技术的研发，将推动整个航天工业在材料科学、热力学、精密制造、自动控制等多个领域的技术进步和产业升级。
当然，任何技术都有其两面性，液氧甲烷火箭也并非完美无缺：
比冲低于液氧液氢： 对于追求极致性能、需要将尽可能多的质量送入高轨道的任务而言，液氧液氢仍然是首选。
甲烷的燃烧产物对发动机部件的潜在影响： 虽然积碳问题得到缓解，但甲烷燃烧产生的微量杂质或其他副产物对发动机长期运行的具体影响仍需更长时间的验证。
总结来说， 液氧甲烷运载火箭之所以受到如此多的关注和投入，是因为它在降低成本、提高可重复使用性、简化操作和管理等方面展现出了显著的优势。这些优势共同指向一个目标：让太空更加触手可及，为人类探索和利用太空开辟新的可能性。它正在成为新一代运载火箭的主流技术路线之一，深刻影响着全球航天产业的未来格局。
举例来说：
SpaceX的星舰（Starship）： 这是目前最知名、也最具代表性的液氧甲烷运载火箭项目。星舰的目的是实现完全可重复使用，能够将大量载荷送往地球轨道，甚至登陆月球和火星。其猛禽（Raptor）发动机就使用了液氧甲烷。
蓝色起源的火箭（例如：新格伦New Glenn，以及正在研发的BE4发动机）： 蓝色起源的“新格伦”重型运载火箭就采用了其自主研发的BE4发动机，该发动机同样以液氧甲烷为推进剂。BE4发动机也是美国联合发射联盟（ULA）的下一代火箭“火神（Vulcan）”的动力来源。
中国航天领域的探索： 我国也有多家航天公司和科研机构在液氧甲烷火箭方面进行着深入的研究和开发，例如长征八号改进型运载火箭（计划采用液氧甲烷发动机）、天龙系列火箭等。
研发液氧甲烷运载火箭的优势，可以从多个维度来详细分析：
一、 成本与可获取性：
甲烷的廉价与易获取性： 液氧甲烷的“甲烷”部分，即液化天然气（LNG），是一种非常普遍且价格低廉的化石燃料。它在全球范围内储量丰富，开采和运输技术成熟，成本远低于传统的液氢（LH2）。这对于需要大规模生产和频繁发射的商业航天公司来说，是极具吸引力的。
相对低廉的生产成本： 相比之下，液氢需要极低的温度（253°C）来储存，其制备、液化、储存和运输过程都非常复杂且耗能，成本也相对较高。液氧的生产虽然也很成熟，但与甲烷相比，在某些环节的成本上仍然存在差异。
二、 发动机性能与技术优势：
高密度比冲： 液氧甲烷的比冲（衡量火箭发动机效率的指标）虽然略低于液氧液氢（LOX/LH2），但依然属于高比冲推进剂组合。这意味着在相同的燃料质量下，它能产生更长的燃烧时间和更大的推力，或者需要携带更少的燃料以达到相同的目标。
“清洁”燃烧与积碳问题： 甲烷燃烧产物主要是二氧化碳和水蒸气，相对于煤油（RP1）等碳氢化合物，其燃烧产物更加“清洁”，产生的积碳相对较少。这一点至关重要，因为它直接关系到火箭发动机的重复使用能力。
降低发动机维护难度： 传统使用煤油的火箭发动机，例如德尔塔IV（Delta IV）系列中的RS68和猎鹰9号（Falcon 9）中的Merlin发动机，在多次使用后，燃烧室和喷管内会产生积碳，影响发动机性能，需要进行详细的清理和维护。液氧甲烷的低积碳特性意味着发动机可以承受更多的启动次数，大大降低了重复使用的维护成本和复杂性。
更长的发动机寿命： 积碳不仅影响性能，还会加速发动机部件的磨损。减少积碳意味着发动机部件的寿命可以得到延长，进一步降低了重复使用的运营成本。
高密度与小型化： 液氧甲烷的密度比液氢高得多。这意味着在相同的体积下，可以储存更多的甲烷燃料。
减小燃料箱体积与重量： 更高的密度允许使用更小、更轻的燃料箱，这能直接转化为火箭的有效载荷能力提升，或者在相同载荷下减少火箭整体的尺寸。
简化结构设计： 更小的燃料箱也意味着火箭的整体结构可以更紧凑，减少了结构重量和复杂性。
更易于储存与处理： 液氧甲烷的储存温度（183°C）比液氢（253°C）要高得多，也比液氧稍高一些。虽然仍然需要低温储存，但这个温度范围相对更容易管理。
降低对保温材料的要求： 相对于极低温的液氢，液氧甲烷对保温材料的要求略低，降低了储箱的复杂性和制造成本。
潜在的“就地取材”可能性： 在进行深空探测任务时，例如火星殖民，甲烷可以通过“就地取材”（InSitu Resource Utilization, ISRU）的方式，利用火星上的二氧化碳和水（通过Sabatier反应）来生产。虽然这只是一个长远目标，但液氧甲烷的这一特性使其在未来深空探索任务中具有独特的战略价值。
三、 推动航天产业发展的潜力：
降低发射成本，刺激市场： 通过降低燃料成本和提高发动机的重复使用率，液氧甲烷火箭有望大幅度降低航天发射的成本。这会吸引更多企业和研究机构进入航天领域，催生新的商业模式和应用场景，例如大规模的卫星部署、太空旅游、太空资源开采等。
支持太空探索的雄心： 更低的成本和更强的可重复性是实现载人登陆月球、登陆火星乃至更远深空探索的关键。液氧甲烷火箭为这些宏伟目标提供了更现实的技术和经济基础。
技术创新与产业升级： 对液氧甲烷发动机和相关技术的研发，将推动整个航天工业在材料科学、热力学、精密制造、自动控制等多个领域的技术进步和产业升级。
当然，任何技术都有其两面性，液氧甲烷火箭也并非完美无缺：
比冲低于液氧液氢： 对于追求极致性能、需要将尽可能多的质量送入高轨道的任务而言，液氧液氢仍然是首选。
甲烷的燃烧产物对发动机部件的潜在影响： 虽然积碳问题得到缓解，但甲烷燃烧产生的微量杂质或其他副产物对发动机长期运行的具体影响仍需更长时间的验证。
总结来说， 液氧甲烷运载火箭之所以受到如此多的关注和投入，是因为它在降低成本、提高可重复使用性、简化操作和管理等方面展现出了显著的优势。这些优势共同指向一个目标：让太空更加触手可及，为人类探索和利用太空开辟新的可能性。它正在成为新一代运载火箭的主流技术路线之一，深刻影响着全球航天产业的未来格局。
网友意见
液氧甲烷火箭已经是一个趋势了，中美两国都在研发，可以说是下一代火箭的主力发动机之一。
液氧甲烷火箭发动机的优势是均衡，比冲不错，比液氧煤油略高，又无毒，燃料成本也不高，又不像液氢那样需要过于低温。但是缺点也是均衡，当做起飞级发动机时，它比起液氧煤油发动机是有所欠缺的，主要是密度比冲小了不少；当做为上面级发动机时，比冲又比液氢液氧低了很多；而如果作为助推火箭又不如固体火箭那样推力大和技术简单。
所以液氧甲烷发动机长期以来最大的问题就是缺乏必须性，一时间找不到属于自己的位置。人类航天产业是早期一旦确定了技术路线就会产生路径依赖，苏俄确立了高压补燃液氧煤油发动机和毒发的技术路线，可以完全满足需要，美国和欧洲确定了固体大助推加液氢液氧的路线，也能满足需要，中国长期沿用毒燃料火箭加氢氧上面级，也能满足需要。
于是各个航天强国也就没有动力再去搞技术参数大体类似的液氧甲烷发动机了。
但是为什么现在液氧甲烷忽然成了研发的重点呢，这是因为火箭复用被马斯克搞的成了走的通的技术路线，而马斯克虽然一开始是用液氧煤油发动机走通的这条路，但是煤油燃烧后积碳问题终究是存在的，想更彻底的实现复用，采用液氧甲烷这样几乎没有积碳的发动机是必由之路。
当然，对于马斯克来说，还有个原因，就是人类去到火星后，可以利用液氢和火星上的二氧化碳来制备甲烷，从而使得去到火星的航班有了回程的可能。
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