可重复使用运载火箭燃料，“甲烷”时代已到来

by Kim Jonghwa

Published 09 Jun.2025 10:00(KST)

太空中也能生产，还能将副产物变成水

随着宇宙运载火箭的范式发生变化，火箭推进剂也正在向甲烷（Methane）转变。

与液氢或甲烷相比，“煤油（Kerosene）”的能量密度更高，并且可以在高温、高压下储存，因此被广泛作为运载火箭系统的“标准燃料”使用，它是一种煤油类燃料。向煤油中加入添加剂制成的喷气发动机燃料——航空煤油（Jet A-1），其精炼度低于高等级航空煤油RP-1。

火箭中装有两个推进剂贮箱。由于必须在没有空气的宇宙空间中工作，需要将氧气液化后储存在单独的贮箱中。煤油在高温下效率较高，而液氧必须保持在极低温状态，因此两者不可避免地要分开储存。相反，甲烷本身就以极低温状态储存，即便在较低温度下效率也很高，可以在一个贮箱中通过隔板构造成共用隔舱，从而更高效地利用空间。

煤油属于化石燃料，在燃烧过程中会产生烟尘等残留物，容易附着在发动机喷管或涡轮等部件上，造成堵塞，这是其一大缺点。若要重复使用，就必须进行细致清洗，使用时间越长，耐久性下降得越快。因此，维护成本和检查所需时间不断增加，难以确保再使用带来的经济性。

甲烷与煤油的燃烧特性不同，必须重新设计发动机，这是一个弊端。即便开始投入使用，由于缺乏关于甲烷发动机的长期可靠性数据，保险费用也较高。就目前而言，这是一套花费较大的推进剂体系。

美国SpaceX的“星舰”自2023年4月首次试射以来，历经4次失败不断积累数据，还有一个与甲烷相关的重要原因。甲烷可以在太空中生产。将二氧化碳与氢气合成，就会生成甲烷和水。在火星大气中也可以生产甲烷，并能同时获得水这一副产品，这种燃料所具有的战略价值极其巨大。

在美国，以SpaceX的“星舰”为代表，Relativity Space的“Terran R”、Stoke Space的“Nova”、Blue Origin的“New Glenn”、联合发射联盟（United Launch Alliance）的“Vulcan Centaur”等，都在研发甲烷发动机。

在中国，有iSpace的“Hyperbola-3”、LandSpace的“朱雀-3”，中国运载火箭技术研究院（CALT）的“长征九号”；在俄罗斯，有进步火箭航天中心的“Amur（Soyuz-7）”；在欧洲，有欧洲航天局（European Space Agency，ESA）的“Ariane Next”、Avio公司的“Vega-E Next”，以及法国MaiaSpace公司的“Maia”；在印度，有印度空间研究组织（Indian Space Research Organisation，ISRO）的“Surya”等，这些火箭都计划使用甲烷作为推进剂。