“猛禽”发动机是SpaceX公司正在研制的一型液氧/甲烷发动机，采用全流量分级燃烧循环｡该发动机未来将应用于SpaceX公司的星际运输系统(ITS)，该系统旨在为地球和火星之间建立一个航天运输系统｡SpaceX的行星际运输系统(ITS)的尺寸在航天史上是史无前例的，它要求火星表面的有效载荷质量在450公吨范围内。要实现这一雄心勃勃的目标，需要拥有大量高性能发动机的大型运载火箭，用于深空操作的推进系统和用于在火星大气层中运行的推进式着陆和升降活动。所有这些都将通过SpaceX的“猛禽”发动机来实现。
2009-2015年间，该发动机一直由SpaceX公司自筹资金研制｡但是到2016年，美国空军决定支持该公司的液氧/甲烷发动机研制项目，提供了3360万美元的研制资金，用来研制一型可以用于猎鹰9和猎鹰重型上面级的液氧/甲烷发动机样机，同时还要求SpaceX自己也要为该上面级发动机投入6730万美元的研制经费｡
研发历程
SpaceX公司最早在2009年透露出了“猛禽”发动机的研制计划，最初计划采用液氢/液氧推进剂｡但是2012年，SpaceX公司改变了原计划，决定改用液氧/甲烷推进剂，一方面是由于火星上可能能够制备甲烷，另一方面则是由于甲烷有利于发动机的重复使用｡
2013年10月，SpaceX公司公布了“猛禽”发动机的试验计划，准备利用NASA斯坦尼斯航天中心的E2试车台对“猛禽”发动机组件进行试车，之后再回到SpaceX公司位于得克萨斯州的麦格雷戈试验场进行发动机的整机试车｡
2014年4月，斯坦尼斯航天中心完成了E2试车台适配液氧/甲烷推进剂的改进工作，5月开始进行“猛禽”发动机喷注器和预燃室的试验，试验活动持续到2015年，喷注器和预燃室得到了验证｡
该试验机为SpaceX与美国空军签订的适用于Falcon 9和Falcon重型运载火箭的猛禽上面级引擎原型，为ITSRaptor Vac设计的缩小版本，并非全尺寸的猛禽发动机
2016年8月，一台“猛禽”发动机的样机运抵麦格雷戈试验场，但是SpaceX公司并没有明确该样机是全尺寸样机还是缩比样机｡2016年9月25日，该样机在麦格雷戈试验场进行了点火试车，SpaceX公司公布了试车的视频，但是仍没有透露具体信息｡
直到2016年10月，SpaceX公司首席执行官马斯克在第67届宇航联大会上介绍星际运输系统时，公布了“猛禽”发动机的具体参数｡SpaceX公司虽然没有明确公布“猛禽”发动机的重复使用次数，但是在说明ITS性能时表示，其一子级采用垂直起降回收复用技术，可重复使用1000次，因此“猛禽”发动机也具备多次重复使用的能力｡根据SpaceX公司公布的信息，“猛禽”发动机可以采用海平面型喷管和真空型喷管，具体性能如下所示。
规格介绍
“猛禽”发动机海平面版的预期性能参数要求在334秒的特定冲量下提供3050kN的海平面推力。在燃料和氧化剂两侧使用独立的涡轮机和泵，作为全流量分级燃烧循环的一部分，增压泵为主涡轮泵的运行提供必要的入口压力，以产生30MPa的燃烧室压力。
“猛禽”发动机海平面版的喷嘴比率为40，喷嘴直径约为1.7米，并且进行了扩展优化，因为增压器只能在高度超过100公里的高度运行。
“猛禽”发动机海平面版的真空推力为3297kN，使用已知的真空脉冲361秒进行基本计算。计算结果还表明，在燃料混合比为3.8时(根据先前马斯克提供的信息)，推进剂流量为931千克/秒，但根据ITS车辆上的油箱尺寸计算意味着混合比接近3.7。
只有中央的7台发动机具有摆动(矢量)机构，能够调节方向，其余35台都是固定的，这种设计省去了大量摆动机构的重量，从而进一步减重箭体;结合差动推力后(N1火箭就用了这种设计)，既满足了火箭调姿转弯的需求，也能够完成反推回收的任务
像Merlin1D系列一样，“猛禽”可以支持深度节流，稳定的燃烧可能降至发动机额定推力的20%。这使得ITS助推器能够灵活地进行升空，并在返回推进着陆的路上主动调节发动机，能够主动控制火箭的推重比。
SpaceX在”猛禽”发动机计划的推重比方面保持沉默，因为它尚处于开发初期，并且在认证测试之前该数值会发生变化。然而，有人表示，预计的推重比要比Merlin1D发动机要好。
由于“猛禽”具有优异的推重比特征，SpaceX选择在发射推力方面采用相对低推力的设计。ITSBooster采用一组42个”猛禽”SL发动机，产生127800千牛的起飞推力。
根据SpaceX的说法，猛禽的制造工艺将采用大量3D打印技术。3D打印技术已经在SpaceX的Merlin和SuperDraco发动机上得到验证。
3D打印可以大大降低生产成本，并提高发动机的推重比，因为它可以通过传统方法生产更轻的部件。
3D打印引擎组件的另一个优势是，可以在新组件中实现设计更改的速度，以便在短时间内重复执行引擎设计的几次迭代，而不是花费数周或数月的时间根据更新后的规范重新铸造组件。
“猛禽”上的打印组件包括推进剂阀门，涡轮泵部件和喷油器系统的许多组件。
研发现状
在2017年的IAC演讲中，马斯克公布了ITS的缩小版本，其中一个使用31个”猛禽”引擎，而不是最初计划的42个，以及一些其他变化。一位用户问为什么猛禽发动机从300吨减少到170吨的推力。马斯克表示，发动机推力大致与第一次IAC会议中ITS减少的质量成比例下降。他接着解释了背后的一些想法：
为了能够在最坏的时刻应对BFR发动机的故障，必须有多个发动机。控制发动机节流的难度以非线性方式增加，因此节流二分之一相当容易，但达到五分之一非常困难。冗余度也是一个重要因素，如果只有两个发动机可以完成所有工作，那么发动机的复杂性要高得多，如果失败了，工作功率就会减少一半。SpaceX修改了自IAC以来的BFR设计，以便为此增加第三个中等面积比的”猛禽”发动机(在发动机输出时仅损失1/3推力)并提高了其有效载荷。
另一位用户询问了将试验型”猛禽”引擎扩展到最终尺寸的时间。马斯克回答说，扩大发动机是很容易的事情，并继续解释他们的目标是要达到或超过客运航空公司的安全水平。
航空发动机设计更轻更紧凑，并且非常注重可靠性。如果SpaceX的发动机甚至能够相比航空发动机的可靠性，有一个防护罩以防止快速不定期的拆卸，并且拥有比大多数客机中典型的两个发动机更多的发动机，那么应该可能超过航空公司的安全性。这对于SpaceX公司使用BFR在地球周围旅行的野心至关重要。
最后，有人问马斯克火箭发动机是否会3D打印，因为该公司已经拥有SuperDraco引擎的3D打印经验。马斯克回答说，一些部件将被打印，但是大部分将被加工锻件。他继续指出，该公司已经开发出一种新型的金属合金用来制造氧气泵，该合金具有优秀的耐高温性能。
竞争现状
“猛禽”发动机最直接的竞争对手是Blue Origin的BE-4，它代表了在美国本土上开发的第二个高推力液氧甲烷发动机。BE-4采用富氧分级燃烧循环，实现2450kN的基准海平面推力，而且随着BE-4进入开发测试，该数量可能会增加。Blue
Origin将在其新格伦火箭上使用BE-4发动机，第一阶段有七台发动机，第二阶段有一台发动机。ULA也在考虑在其Vulcan火箭的第一级使用BE-4。空军在2016年与ULA达成的协议中提供的大部分资金旨在支持用于Vulcan的BE-4工作。
主要参考资料：
[1] 杨开，才满瑞：国外液氧/甲烷发动机的最新进展[J]. 北京航天长征科技信息研究所,2017.
[2] 田丰：“猛禽”:发动机新兵表现如何[J]. 中国航天报,2016.
[3] 从闭门羹到猛禽—SpaceX坎坷的发动机之路[Z].航天爱好者,2016.
[4] Spacelight101.com-SpaceX Raptor.2018.
[5] Jeff Foust：Air Force adds more than $40 million to SpaceX engine contract,2017.
[6] Andrew Liptak：Here’s what Elon Musk revealed about the ITS and SpaceX’s
Mars ambitions in his Reddit AMA 2017.
[Jay1]Gif
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