“火箭发动机的进化史”
现代火箭之父：康斯坦丁
1926年，戈达德发射第一枚液态燃料火箭
奠定美国和德国火箭发展的基石
冯布劳恩的V2火箭，成为第一枚远程弹道导弹
新型冷却系统 & 改进燃油喷射系统 & 改进燃油泵系统
冯·布劳恩的革命性设计包括一种称为薄膜冷却的新型冷却系统，该系统通过燃烧室壁上的微小孔洞注入液态乙醇，在金属周围形成一层保护层。V2发动机还使用了一种带有18个独立喷嘴的复杂新型燃油喷射系统，通过精确结合燃油和氧气流确保稳定燃烧。冯·布劳恩还改进了戈达德的燃油泵系统，通过取少量火箭的推进剂在微型燃烧室中点燃它们，产生的废气将旋转涡轮，从而为燃油泵提供动力。通过这一创新，V2燃油泵以5000RPM 的转速旋转，每秒可输送125公斤推进剂。苏联在V2基础上设计了R7火箭
V2 设计的最大限制是乙醇燃料，这种燃料很难制造，必须将30吨土豆加工成酒精才能发射一枚V2。二战后，缴获的火箭技术在世界各地启动了导弹研发。苏联设法获得了V2硬件和设计蓝图，而美国人则带走了冯·布劳恩本人和他的许多同事。20世纪50年代末，苏联实现了火箭技术的下一次大飞跃。通过对V2 组件进行，他们开发了R7火箭。它最初是作为洲际弹道导弹设计的，但最终成为世界上第一枚轨道火箭，发射了第一颗人类卫星，并将第一位人类送入太空。Glushko的发动机创新设计
R7的发动机采用了苏联工程师Valentin Glushko的全新设计，四个侧助推器均采用RD 107 发动机，而火箭的核心则采用RD 108发动机。Glushko将酒精燃料换成了煤油，更容易大规模生产。Glushko将主燃烧室分成四个小燃烧室，每个小燃烧室都有一个小型发动机喷嘴，可以获得更大的功率和更高的稳定性。每个燃烧室使用一个公共涡轮泵，从而简化发动机的设计。Glushko还发明了Vernier Thruster来帮助引导火箭，通过改变附在主发动机侧面的微型火箭发动机的推力方向，可以调整火箭的方向。 RD107和108也实现了冯·布劳恩的燃气发生器循环，它将3%的推进剂从主燃烧室转移出去，为燃料和氧气泵提供动力。然后，燃气发生器产生的废气被排出发动机，这不是最有效的设计，因为燃料损失了总能量的3%，但它可靠且有效。冯布劳恩在NASA设计了F1发动机和土星5号
在美国方面，新成立的NASA正努力赶上苏联R7的能力，他们让冯·布劳恩和他的老同事们重新开始工作，并给他们一项新任务，制造一枚将人类送上月球的火箭，土星5号火箭。冯·布劳恩打造的F1发动机，拥有史诗般的燃烧室，喷嘴非常宽，可以在里面停放一辆吉普车。他将五台这样的发动机组装在一起，制成土星 5 号助推器。F1发动机至今仍是有史以来最大、最强大的单喷嘴火箭发动机。J2发动机使用氢燃料，效率极高
土星5号另一项非常重要的创新是J2发动机，它为火箭第二级和第三级提供动力，J2的燃料是低温液氢和液氧的混合物，康斯坦丁早在1903年就提出了这种混合推进剂作为理想的火箭燃料。J2不是像F1那样的高推力怪兽，但它的效率极高。一旦土星 5 号形成动力并离开地球大气层，J2发动机将提供从地球轨道到月球的快速旅行所需的全部能量。氢燃料设计延续到航天飞机时代
土星5号火箭在将人类送上月球的目标上取得了巨大的成功，但它的服役生涯却是短暂的。到1972年，土星5号和F1退役，再也没有制造过类似的火箭。但J2的氢燃料创新却在NASA的下一个大项目航天飞机中得以延续。NASA试图将非常大的太空飞机送入轨道，而且它必须能够到达高轨道地区，以部署像哈勃太空望远镜这样重要的大型有效载荷。RS25氢燃料发动机
航天飞机需要高推力和高效率的结合，为了解决这个问题，火箭在两种截然不同的发动机驱动下升空。两侧绑着两个固体火箭助推器，航天飞机轨道器内部有一个明显更为现代化的推进系统，即 RS25 氢燃料火箭发动机，这种新发动机将成为美国未来30年载人航天飞行的主力。RS25面临着多项挑战，它必须同时在海平面和太空真空中运行，还需要控制带翼轨道器在穿过大气层时的速度。最重要的是，火箭发动机首次需要可重复使用。因为航天飞机需要返回地球着陆，因此它的发动机需要能够多次飞行而不需要大量维护。这就是氢燃料真正发挥作用的地方。实现第一个闭式循环燃气发生器
燃烧煤油会产生大量的烟灰，这对于即将坠入海洋的发动机来说无关紧要，但对于可重复使用的火箭发动机来说则无法接受。氢气和氧气燃烧的唯一副产品是水蒸气，这也使 RS25 能够实现第一个闭式循环燃气发生器，不必为了运行泵而损失3%的燃料，最大限度地提高效率，并增加发动机内部的燃烧压力，从而增加推力重量比。这使得RS25足够小，可以将三个装进航天飞机轨道器的尾部，尾部也有足够的空间安装液压万向节系统，可以通过调整发动机推力的角度来单独改变每个发动机的角度，当轨道器上升时，可以获得更高水平的转向控制。最新的火箭发动机革命者：猛禽发动机
火箭科学家们花了几十年的时间才超越NASA对RS25所做的改进，这正是SpaceX推出的Starship的基石猛禽发动机。要实现马斯克对星际飞船的宏伟愿景，猛禽需要同时满足所有条件：F1的原始动力、RD107的可靠性、RS25的效率以及所有这些能力都必须包装在一个紧凑的封装中，以便实现火箭行业前所未有的大规模生产。NASA建造了五架功能齐全的航天飞机轨道器，每架只有三台发动机，而SpaceX希望建造1000艘星际飞船，每艘就有九台猛禽发动机，此外还需要数百个超重型助推器，每台都搭载33台猛禽发动机。Raptor V2的燃烧室压力高达300 bar
SpaceX通过引入首个全流量分级燃烧循环发动机对Raptor进行了升级。它也使用闭式循环燃气发生器为燃料涡轮泵提供动力，但Raptor有两个燃气发生器，每个燃气发生器为单独的涡轮泵提供动力。一个用于燃料，另一个用于氧气。凭借双涡轮设置，Raptor能够向燃烧室内注入更大的压力。F1发动机使用一个开式循环燃气发生器在其燃烧室内产生了大约100 bar的压力，这意味着比我们在海平面感受到的气压高100倍。RS25使用闭式循环燃气发生器将压力提高到200 bar以上，而配备双闭式循环燃气发生器的SpaceX Raptor 2已将室内压力提高到300 bar以上。使用甲烷做燃料：地球易获得 & 火星可制造
除此之外，SpaceX还引入了一种新的燃料来源——甲烷。SpaceX放弃使用氢燃料的原因是没有天然的纯氢来源，需要花费大量能量才能制氢。甲烷也是清洁能源，且地表之下隐藏着大量的甲烷气体。只需要让天然气冷却变液体，就会得到非常强大的火箭燃料。另外，火星的大气层充满了二氧化碳，而且具有冰冻的水，将两者结合在一起将提供足够的甲烷和氧气来为星际飞船加油并使其飞回地球。