比冲越高，干同样的事情燃料消耗就越少，所以比冲越高越好。发动机的燃油效率非常重要，而由于每种燃料的分子组成、燃烧释放能量不同，它们将废气以多快从喷嘴喷出的潜力也不同，这意味着每种燃料都有不同的理论比冲。
在理想、完美的世界中，煤油发动机比冲可以达到370秒，理想液氢燃料发动机可以达到532秒，甲烷发动机又在中间，459秒。现实中的会低一些，像真空型梅林1D发动机这样的煤油发动机比冲大约在350秒，像真空型猛禽发动机这样的甲烷发动机比冲未来或许可以达到380秒，而像RL-10B-2发动机这样的液氢发动机比冲大约在465秒左右。

接下来说说每种燃料的燃烧温度，燃烧温度更低，对发动机更好，可以潜在地提升发动机寿命。煤油燃烧温度3670K，液氢是3070K，甲烷又在中间，温度是3550开。
既然说到了温度，咱们再说说这些燃料的沸点，也就是液体燃料会在什么温度时变为气体。因为所有燃料都必须保持液态才能维持其密度，沸点越高保存就越简单，更高的沸点也意味着燃料罐需要很少甚至不需要隔热措施就能防止燃料沸腾，而减少隔热措施就意味着燃料罐更轻。

煤油的沸点高达490开，比水还要高。而另一边的液氢则接近绝对零度，仅20K——这种低温使其需要非常严肃地考虑保温隔热措施。而甲烷又在中间，沸点是111开——虽然还是非常低，仍然需要有保温上的考虑，但至少其沸点和液氧很接近，所以还算OK。而正因为其沸点和液氧很接近，燃料罐和液氧罐可以使用共底储箱，继续减轻火箭重量，而液氧和液氢的温度差距如此大，以至于液氧会让液氢沸腾，液氢会让液氧凝固。(译注：液氢液氧也可以使用共底储箱，只是相比液氧甲烷共底储箱会有更多的隔热设计)
然后说排出的废气，即这些燃料的燃烧产物。煤油是唯一一种会产生不完全燃烧的碳并排放进大气中的，同时还会产生水蒸气，而液氢燃烧只产生水，甲烷燃烧产生水和二氧化碳。但非常有趣的一个冷知识是，高空大气中的水蒸气也是很糟糕的温室气体。
还有一个很多人可能会忽略的是燃料价格。这个数值很难确定，但我们可以大概估计一下。火箭煤油是高度精炼的航空燃油，而航空燃油是高度精炼的煤油，煤油是高度精炼的柴油。所以我们可以估计煤油比柴油贵得多。
而氢虽然含量很多，但却很贵，因为它的精炼、储存、运输都有很高的的成本。但甲烷就是天然气的主要成分，所以可以很便宜。当用在火箭上，成吨地“批发”燃料的话，它们之间价格差距还会进一步拉大，所以虽然相比整个火箭，燃料简直像不要钱一样，但我们还是要把它作为一个考虑因素。而我们又没有准确数值，所以就不把燃料价格放进表格里了。那我们转而谈论另一个有关燃料的重要话题——制备方式，而这恰恰说明了太空叉把甲烷看成其未来很重要甚至必不可少的一环的原因。
太空叉的终极目标是研发能多次运输人类往返火星的系统，火星大气富含二氧化碳，而将其与火星表面或地下水结合后，利用电解、萨巴蒂尔反应，火星大气就能变成甲烷燃料。所以你根本不需要带所有供你返回的燃料，因为你可以在火星就地取材，这个过程叫原位资源利用(ISRU)。那你又会问，既然有水，为啥不能在火星表面直接制取氢作为燃料呢？这倒没错，但液氢在长期任务中最大的问题之一就是液氢的沸点。别忘了之前提到把氢保持在液态是非常费劲的事情，而让其保持液态又是用氢作为燃料的必要步骤。
所以对于太空叉来说，甲烷更合适。密度相对较高，火箭尺寸可以更合理；效率相对较高，燃烧充分，适用于高度可复用发动机；燃烧温度相对较低，有助于延长发动机寿命，有助于其复用；甲烷很便宜，也很容易生产，可以在火星表面很容易制取。

我们终于讲到这里了！现在大家已经掌握了不同发动机循环的原理以及它们各自使用的燃料，可以把它们放在一起，对比一下各自的参数以便于我们了解各种发动机定位如何了。

发动机参数对比
现在我们把它们按照燃料种类和循环方式排列好，先从太空叉用于猎鹰九号和重型猎鹰火箭上的开式循环梅林发动机开始，然后是用于Atlas V（宇宙神5）火箭的动力机械科研生产联合体富氧闭式循环RD-180发动机，然后是Rocketdyne生产的用于Saturn V（土星五）的开式循环F-1发动机，上述三种发动机都使用煤油为燃料。接下来是太空叉的FFSCC猛禽发动机，将用于Starship和其超重型的助推上；然后是蓝色起源的闭式循环富氧甲烷BE-4发动机，将用于其新格伦火箭和联合发射联盟即将到来的火神火箭上；然后是Aerojet和Rocketdyne用于航天飞机上的闭式循环富燃RS-25发动机，将用于即将到来的以液氢为燃料的SLS火箭。
注意，在本文发布的时候，猛禽和BE-4发动机还处于研发状态，所以我们所拥有的数据是其当前进展状态，比如猛禽发动机的数据持续在更新，BE-4的承诺还没兑现。所以希望大家知道，这两款发动机的数据是会变的。
还有注意的是，观察RD-180发动机，别整蒙了，这是一台发动机，只是有两个燃烧室，它们公用唯一的一个涡轮泵。毛子解决了高温氧气富氧闭式循环的顶级难题，却没解决大型发动机燃烧稳定性的问题，所以他们没用使用单个大燃烧室，而是使用了多个小的。
那么首先我们看看这些发动机的海平面推力，因为它们全都是从海平面开始工作的，所以这样比较还算公平。咱们从最小的开始，这样比较有意思。梅林发动机推力是0.84兆牛，RS-25发动机推力是1.86兆牛，猛禽发动机推力目前是2兆牛，BE-4发动机推力预期可达2.4兆牛，RD-180发动机推力是3.83兆牛，F-1发动机至今仍然是推力冠军，高达6.77兆牛。
曾有一款发动机叫RD-170推力其实比F-1发动机还要大，但它飞行次数极少，且与表格里这些发动机关系不大，我觉得选一些使用次数比较多的发动机作为例子更好。

推力是个好东西，但或许重要性只和设计火箭时的推重比一样，即或者说是发动机重量与其产生推力相比如何。高推重比的发动机，最终会让火箭拖着更少的死重飞行。
我们从推重比最小的开始说起，推重比最小的是航天飞机的RS-25发动机，73:1；然后是RD-180发动机，78:1；然后是BE-4发动机，大约80:1，别忘了这个数字并不是完全精确的，所以应该还有浮动空间；然后是F-1发动机，94:1；接下来是猛禽发动机，目前推重比是107:1；最后梅林发动机摘得桂冠，推重比达到惊人的198:1。

推力大的确是好事，但如果效率低下的话推力再大有啥用。所以接下来我们对比它们的比冲，仍然是以秒为单位。比冲最低的是F-1发动机，只有263-304秒；然后是梅林发动机，比冲是282-311秒；然后是RD-180发动机，比冲是311-338秒；同一梯队的BE-4发动机比冲大约是310-340秒；然后是猛禽发动机，比冲大约是330-350秒；最后比冲最高的是遥遥领先的RS-25发动机，为366-452秒。
而同时影响推力和比冲的因素是燃烧室室压，大体上讲就是室压越高推力越大，发动机潜在的效率也就越大。推力相同的情况下，更高的室压可以让发动机更小，同样可以提高其推重比。这当中室压最小的发动机是F-1，只有70bar(7MPa)。但我现在要提醒你们一句，即使是70bar(7MPa)，也相当于70倍大气压强，相当于你在水下700米受到的压力！所以即使是这当中最低的室压，也是惊人的大。接下来是梅林发动机的97bar(9.7MPa)，BE-4是大约135bar(13.5MPa)，然后是RS-25发动机206bar(20.6MPa)，然后是现役发动机中室压最高的RD-180发动机，约257bar(25.7MPa)，它是目前表格中仅次于猛禽发动机的。而后者将是新的室压之王，目前可达到300bar(30MPa)，也就是海底三千米的压力！

好了，发动机本身的参数说得差不多了，我们来看看它们使用时要考虑的事项，首先是预计造价。需要重申的是这仍然是很难确定的一个数值，所以表格中将是最低的估计值，且全部考虑到通货膨胀而换算成了今天的美元。

发动机经济性、可靠性对比
我们从最贵的讲到最便宜的：表格中最贵的是RS-25发动机，每台发动机标价超过5000万美元；接下来是F-1发动机，每台大约三千万美元；然后是RD-180发动机，每台2500万美元；然后是BE-4发动机，每台大约800万美元。关于猛禽发动机，马一龙曾提到他认为猛禽发动机的造价可以和梅林发动机一样低，前提是他们能够降低当前发动机大量的复杂度，所以我觉得200万美元算是个不错的估计值。然后是梅林发动机，我觉得造价可以低于100万美元。
造价是一方面，但另一个有关造价的非常重要的考量是发动机是否可复用。而这里面只有RD-180和F-1发动机是不可复用的，或者至少从未复用过，这和其余所有(将)会多次复用的发动机是不同的。RS-25发动机复用记录是单台发动机复用19次，当然每次中间都要经历几个月的翻新。梅林发动机预期可以做到不进行大规模翻新而飞行多达10次，我们了解到BE-4发动机设计可复用次数可达25次，而我认为猛禽发动机预期可飞行50次，但理想是美好的，现实如何就另说了。

有关价格还有一些更有意思的概念。首先是马一龙在2019年2月的推特中提过的参数，他说他们希望让猛禽优势体现在“推价比”上。你一细想会发现这个概念很有意思，如果推力相同时一个大发动机比两个小的更便宜或者更贵，那肯定哪个便宜选哪个呀！所以接下来我们看看这些发动机的“推价比”(单位：美元/千牛推力)。先从推价比最高的开始，RS-25发动机推价比高达26881美元/千牛推力；然后是RD-180发动机的6527美元/千牛推力；然后是F-1发动机的4431美元/千牛推力；然后是BE-4发动机的3333美元/千牛推力；然后是梅林发动机的1170美元/千牛推力；然后是猛禽发动机，大约是1000美元/千牛推力。
但我们还可以再进一步想，我们不但已经知道了它们的推价比，我们还知道各自的复用潜力。所以我们可以预测它们潜在的单次推价比[单位：美元/(千牛推力×次)]。数据基于其各自实际可复用次数，首先RD-180和F-1发动机无法复用，所以单次推价比等于推价比。但对于剩下的发动机，如果我们考虑进它们(将)飞行的次数，我们就能看出RS-25发动机的复用性抵消了之前的高推价比，可以拉低到1414美元/(千牛推力×次)。但接下来更厉害，蓝色起源的BE-4发动机可谓改变了游戏规则，25次飞行的情况下单次推价比约133美元/(千牛推力×次)，与之相近的是梅林发动机的117美元/(千牛推力×次)。但如果猛禽发动机兑现了它的承诺，那它能把这个数值一路拉低至20美元/(千牛推力×次)，这个数值简直可以血洗整个航天市场。

诚然，造价和复用性是21世纪航天的焦点，但之前老生常谈的可靠性又如何呢？首先我们看看这些发动机都飞了多少次，在本文发布的时候，猛禽和BE-4发动机都没有任何飞行次数。虽然猛禽发动机已经要离开试车台，准备装到像Starhopper这样的测试载具上了，但截至目前，它们都没有实际飞行记录。所以我们来看看其他发动机，首先F-1发动机飞行了17次，然后是梅林发动机的71次，很快就要超过RD-180发动机的79次了，而它们中最多的是RS-25发动机的135次。
那它们在工作时的可靠性如何呢？可靠性只有在参考了飞行次数后才有意义，才能让我们更好的了解发动机到底有多可靠。而这个数值又很难确定，因为有些发动机可能过早关机，其所在的任务仍然成功了，所以希望大家留意此事。BE-4和猛禽发动机数据仍然没有，因为都没上过天；然后是航天飞机主发动机RS-25，可靠性超过99.5%，但对于发动机异常关机来说是很难定义的；然后梅林发动机可靠性99.9%，每次发射要用10台发动机的情况下这还是很让人安慰的数值，而梅林发动机整个生涯也只有一次失效，且那次任务仍然成功了，所以梅林发动机是很可靠的；而最后，理论上讲RD-180和F-1发动机是100%可靠的。而F-1发动机也从未在飞行中异常关机过，我要在表格中为它的“100%”加粗。而根据每个人心中的成功与可靠性的定义，理论上RD-180只能“算是”100%可靠，因为它运气超好。在2016年Atlas V某次任务中它提前6秒关机，原因是一个阀门的故障，但任务仍然是成功的。那次完全是靠运气，因为半人马上面级为任务带了足够多的额外速度增量，如果那个阀门再早一秒失效，那次任务就凉凉了。

见识到那么多数据和要考究的项，你可能会发现造一个火箭竟然要考虑这么多东西。任何一个微小的改动，都能为整个设计带来巨大的连锁反应，从而影响到整个火箭的制造。
我们最后来回顾一下，我们已经了解了所有循环方法、燃料种类，也知道了太空叉的愿景。那现在我们能不能想通为何会出现猛禽发动机，并且能不能理解研发它的意义呢？
我们看看太空叉的终极计划——制造一款可多次、完全可复用的火箭，让人类尽可能廉价地定期往返月球和火星，这和平常的火箭目标可不太一样。
为了能多次、完全可复用，发动机必须无结焦；且需要简单的涡轮泵密封以达到低维护，还需要低预燃室温度。甲烷燃料全流量分级燃烧循环发动机听上去不错。
为了可靠性、冗余性、和制造上的考虑，配备多台发动机是个合理选择；为了让发动机尽可能小，推力尽可能大，燃烧室室压就要高。甲烷燃料全流量分级燃烧循环发动机听上去不错。
而对于行星际旅行来说，甲烷也更合理，因为其沸点可以让去火星这种长期飞行变为可能，而且你可以在火星上制取甲烷。所以对于行星际旅行，甲烷燃料全流量分级燃烧循环发动机听上去不错。
甲烷密度还算大，燃料罐体积可以说得过去，这同样有利于行星际旅行，可以减少很多死重。所以甲烷燃料全流量分级燃烧循环发动机听上去不错。

回到本文的标题上来——猛禽发动机是最强火箭发动机吗？其实你会发现火箭科学和所有东西一样都是一堆复杂东西的最终妥协罢了：
它是最有效率的发动机吗？不是。
它是推力最大的发动机吗？不是。
它是最便宜的发动机吗？可能不是。
它是可复用性最强的发动机吗？或许吧。
它满足它的各项需求吗？太满足了，简直是量身打造的。

而且尽管它很复杂，但太空叉仍在飞快改进这款发动机。你要是知道过去十年太空叉把梅林发动机改成啥样了就会明白，我们现在看到的猛禽发动机还是太年轻，它未来只会变得越来越牛逼，这才是最可怕的。
所以总的来讲，对于这样的需求来说，猛禽发动机的确是最强的，它能实现太空叉Starship火箭的美好目标。对于其他需求来说，它是最好的吗？那就说不准了。也正因如此，火箭科学家、工程师们才每天都在做出那些疯狂的决定与妥协！
所以大家怎么看？费尽周折造这么一个疯狂的发动机值吗？这一切会是猛禽发动机的开始吗？最后，你觉得猛禽发动机是最强火箭发动机吗？
（全文完）

The end