猛禽發動機是 SpaceX 正在研發的一款低溫甲烷燃料火箭發動機，被計劃用於高效能及可重用的星艦。猛禽火箭發動機採用液態甲烷與液氧作為推進劑，並採用了全流量分級燃燒迴圈。猛禽發動機是世界上第一種實用化的全流量分級燃燒火箭發動機。猛禽發動機的推力大約是 SpaceX 用於獵鷹九號的梅林 1D 發動機的三倍。 開發歷史 構思及初步設計 一個名為 猛禽 的先進火箭發動機設計專案由 SpaceX 的 Max Vozo 於 2009 年的美國航空航天學會商業載人及貨物研討會上首次公開進行討論。當時 SpaceX 有數名員工正在研究猛禽發動機的可行性，但並沒有將其放於重要開發專案，而猛禽發動機當時計劃使用液氧及液氫作為推進劑。2011 年，該計劃的相關詳情在被披露。2012 年 3 月，有新聞報道指出猛禽發動機正進行開發，但沒有相關細節被公開。 2012 年 10 月，SpaceX 公開宣佈新開發的火箭發動機的概念及設計，並指出此發動機的推力將會是梅林 1 系列的發動機的數倍，並且將不會使用 RP1 作為推進劑，但沒有公開表示使用什麼燃料作為取代品。他們表示，相關新型火箭發動機的詳細資訊將於 未來一至三年內 公佈，並指出此發動機將用於下一代大型運載火箭，能向地球低軌道發射 150 至 200 噸的有效載荷，遠遠超越 NASA 的太空發射系統。 研發過程 2012 年 11 月，馬斯克宣佈了 SpaceX 推進部門的新方向，即向開發甲烷燃燒的火箭發動機方向發展。他進一步表明，猛禽發動機的概念將成為基於甲烷燃料的設計，甲烷將是 SpaceX 計畫火星殖民的首選燃料。由於火星地下有和大氣中有二氧化碳，甲烷（一種簡單的碳氫化合物）可以輕鬆地透過薩巴捷反應在火星上合成。NASA 已經研究了火星上的就地資源利用，並發現其對氧氣、水和甲烷的生產是可行的。 當 SpaceX 在 2009 年首次提到 猛禽 Raptor 這個詞時，它專門指的是一個上級發動機概念，並且 2012 年的宣告表明，它仍然是一個上級發動機的概念。但是到 2014 年初，SpaceX 確認 猛禽 將被用於新的第二級，以及全新大型（當時的直徑為 10 米）火星殖民運輸器的核心（後來在 2016 年用於星際運輸系統的兩個級別，然後在 2017 年用於大獵鷹火箭。 在 2012 年 11 月公開的資訊表明，SpaceX 可能設計了一系列以 Raptor 為名的火箭發動機；這一點在 2013 年 10 月由 SpaceX 確認。然而，2014 年 3 月，SpaceX 營運長格溫肖特威爾澄清說，新發動機開發計劃的重點完全在全尺寸 Raptor 發動機上；在通往非常大的 Raptor 發動機的開發路徑上，並沒有計劃生產較小的亞尺度甲烷發動機。 2013 年 10 月，SpaceX 宣佈將在 NASA 的史坦尼茲太空中心進行猛禽發動機元件的甲烷發動機測試，SpaceX 將向現有的測試架基礎設施新增裝置，以支援液態甲烷和熱氣態甲烷發動機元件測試。2014 年 4 月，SpaceX 完成了對斯坦尼斯測試架的必要升級和維護，以準備進行猛禽發動機元件的測試，並已經開始了發動機元件測試計劃，重點是開發強大的啟動和關閉程式。在斯坦尼斯的元件測試還允許硬體驗證。 SpaceX 在 2014 年成功開始了噴嘴的開發測試，並在 2015 年完成了全功率下的全尺寸氧預燃器測試。從 2015 年 4 月至 8 月，進行了 76 次預燃器的點火試驗，並總計有約 400 秒的測試時間。SpaceX 在 2014 年和 2015 年完成了使用 NASA 斯坦尼斯設施的計劃測試。 2016 年 1 月，美國空軍向 SpaceX 授予了一項價值 3360 萬美元的開發合同，以開發一種原型版本的可回收猛禽發動機。 測試 生產 發動機設計 猛禽火箭發動機採用液態甲烷與液氧作為推進劑，而非獵鷹 9 號運載火箭所使用的煤油 液態氧。更早的猛禽火箭發動機設計中計劃採用液態氫作為燃料，而不是甲烷。 猛禽火箭發動機將有著數倍於默林真空 1D 發動機的推力。 更廣義上的猛禽火箭發動機概念是一款高可重用性的甲烷分級燃燒發動機，用於 SpaceX 的下一代用於火星探索與殖民的運載火箭 。根據伊隆馬斯克的說法，這個設計將能夠達到完全複用的目標，並能讓太空飛行的開銷降低兩個數量級。 猛禽火箭發動機採用了複雜的全流量分級燃燒迴圈， 氧化劑和燃料分別由各自的動力渦輪機供壓，部分推進劑透過管道互相交換，分別燃燒驅動渦輪機。這種設計下，渦輪機的工作溫度更低，因而發動機的壽命得到延長，效率也更高。而且燃燒室的壓力可以更大，支援更大的比沖。由於氧氣預燃室的富氧氣體高壓高溫，SpaceX 研發了 SX500 合金，用於建造於氧氣預燃室。 所有猛禽發動機的發動機點火，無論是在測試臺上還是在空氣中，都將透過火花進行點火，這將使猛禽發動機無需獵鷹 9 號和獵鷹重型發動機上用於點火的三乙基鋁 三乙基硼烷（TEATEB）。 電腦模擬技術 猛禽火箭發動機的開發大量使用電腦模擬技術，並利用圖形處理器通用計算技術加速，使開發成本降低，預先發現發動機燃燒不穩定性等問題，和測試在地面不容易複製環境的狀態。 發動機版本 猛禽真空發動機 猛禽發動機 第一代 猛禽發動機 第二代 猛禽發動機 第三代 2023 年 5 月，馬斯克表示猛禽發動機成功透過一次 45 秒靜態點火測試並錄得點燃室壓力，產生 269 噸推力。 測試 全箭的測試始於子系統級，與大多數運載火箭一樣，採用火箭發動機部件測試，然後在地面測試設施中測試完整的火箭發動機。猛禽發動機的部件級測試於 2014 年 5 月開始，2016 年 9 月首次進行全發動機測試。截至 2017 年 9 月，開發中的猛禽發動機在 42 個主要地面試驗檯上進行了共計 1200 秒的發動機點火測試，最長的測試為 100 秒。 2009 至 2015 年間的開發全部依靠 SpaceX 的私人投資，完全不依靠美國政府的資金投入。2016 年一月，SpaceX 同意由美國空軍從防衛部門預算中拿出提供資金支援以研發一款可能會被用於獵鷹 9 號運載火箭及獵鷹重型運載火箭的第二節的原型猛禽火箭發動機。SpaceX 也將提供至少用於同一專案，並保證民間資本與政府資金比例至少為 21。 2016 年 8 月一臺研發用猛禽火箭發動機被送往 SpaceX 在德克薩斯州的 McGregor 測試場進行研發相關的測試。 2019 年 8 月 27 日，搭載了猛禽火箭發動機 SN6 的 Starship 的縮小原型 Starhopper 成功完成了 150 米的跳躍測試。 2020 年 8 月 4 日，搭載了猛禽火箭發動機 SN27 的星艦原型 SN5 成功完成了 150 米的跳躍測試。 2020 年 8 月 18 日，猛禽發動機在測試中達到了 330 巴（Bar）的室壓，這是世界上現有最高的燃燒室壓力。 2020 年 9 月 3 日，搭載了猛禽火箭發動機 SN29 的星艦原型 SN6 成功完成了 150 米的跳躍測試。 2020 年 12 月 10 日，搭載了猛禽火箭發動機 SN30， 36， 42 的星艦原型 SN8 進行了 125 公里的跳躍測試， 降落速度太快導致失敗。 2021 年 5 月 31 日，猛禽發動機首次完成軌道飛行時長的發動機點火測試。 2021 年 6 月 27 日，首具真空猛禽發動機運抵德州博卡奇卡。 2021 年 7 月底，超過 20 具猛禽發動機及 3 具真空猛禽發動機運抵德州博卡奇卡。 2021 年 10 月 25 日，馬斯克表示猛禽發動機版本二在爆炸前最高達到 321Bar 室壓，並產生 245 噸推力。 2021 年 11 月 12 日，S20 完成首次 6 具發動機靜態點火測試。 2021 年 12 月 18 日，馬斯克確定未來星艦將會有 9 具 2 代猛禽發動機，助推器將有 33 具 2 代猛禽發動機。 2022 年 2 月 9 日，首具 2 代猛禽發動機運抵博卡奇卡。 2022 年 2 月 10 日，馬斯克表示猛禽發動機曾達到 247 噸馬力，並指出在處理猛禽發動機二代高溫融化的問題後，可以每天生產最少一具猛禽發動機二代。 2022 年 3 月 30 日，第一具 2 代猛禽發動機運抵德州博卡奇卡。 2022 年 7 月，合計 39 具 2 代猛禽發動機安裝至 S24 及 B7。 2022 年 9 月，猛禽發動機首次於測試場進行快速重啟測試。 2022 年 10 月，首具使用電力驅動向量的 21 代猛禽發動機運抵德州博卡奇卡。 2022 年 11 月，SpaceX 完成製造第 200 具 2 代猛禽發動機。httpstwittercomspacexstatus1588569951228801024 200th Raptor2 Engine 2023 年 5 月，第三代猛禽發動機達成 350Bar 室壓，並產生高達 269 公噸推力，相當於超級重型助推器將擁有約 8900 公噸推力。httpstwittercomelonmuskstatus1657249739925258240 Raptor V3 just achieved 350 bar chamber pressure 269 tons of thrust 2023 年 8 月 18 日，SpaceX 進行了猛禽發動機萬向節最大角度 15 度 的長時間測試。 參見 SpaceX 星艦發展背景 SpaceX 星艦快速迭代研發記錄 SpaceX 星艦任務記錄 參考文獻 Category 火箭發動機