推比超過170躋身世界頂尖水平，俄羅斯RD-180取代發動機已經出現
液氧液氫發動機、液氧煤油發動機都已經登峰造極，液態甲烷火箭發動機開始崛起，猛禽發動機、BE-4火箭發動機，還有我國的80噸級TQ-12液氧甲烷發動機都開始問世。
作為新生代火箭發動機，全流量、分級燃燒、液態甲烷為燃料的火箭發動機開始悄然成為主力。2019年年初，SpaceX研發的全新改進型猛禽發動機在德州中部測試場首次點火試車，單台發動機240噸推力，真空380秒比沖，這些硬指標讓猛禽發動機躋身當今火箭發動機頭把交椅。單台240噸推力其實不算很強大，但是推比很強，達到170以上，這是什麼概念呢？俄羅斯頂尖的液氧煤油發動機RD-180推比為78，單台推力為415噸，土星五號上使用的F-1發動機推比為83，單台推力為770噸。
圖註：猛禽發動機試車圖像，淡藍色馬赫環已說明實力
這說明猛禽發動機是一種重量小、推力超強的發動機，而且使用的是甲烷作為燃料。同時，藍色起源公司的BE-4火箭發動機也計劃2021年進行首次飛行，BE-4火箭發動機也是分級燃燒的經典之作，海平面全功率推力也為240噸，還能重複使用100次。可以說猛禽、BE-4火箭發動機代表了下一代火箭發動機。2019年10月，我國藍劍航天研發的80噸級TQ-12液氧甲烷發動機也開始地面試車，我國在液氧甲烷發動機也開始追上美國步伐。
圖註：RD-180發動機，代表了蘇俄系液氧煤油發動機的巔峰
甲烷燃料的優勢
從本質上來說，火箭是依靠幾百萬升的爆燃液體短時間燃燒產生推力而升空的。在地球上，每周都會有火箭搭載各種衛星進入地球軌道，作為私人火箭領頭羊的SpaceX公司，它在火箭領域中處於較領先的地位。今年年初，SpaceX公司的獵鷹重型火箭進行了首次發射並創下了記錄，但SpaceX公司不滿足於此，他們打算研發出更強的大獵鷹火箭。
大獵鷹火箭不僅會配備最先進的猛禽發動機，它還會使用甲烷來替代RP-1（火箭中最常使用的燃料）作為燃料。火箭燃料是由燃料和氧化劑組成：在液態燃料火箭第一級中（RCS推進器、上級、助推器等），最常使用的氧化劑是液態氧；對於燃料的選擇就比較多樣，那些可以和氧發生反應的氫、煤油、乙醇等物質都可以作為燃料。看起來燃料的選擇似乎並不重要，因為都會產生足夠的動力，但事實卻並不是這樣。
圖註：甲烷燃料在太陽系中非常多
圖註：甲烷燃料在太陽系中非常多
火箭對燃料的選擇是至關重要的，可以決定燃料箱的大小，最終決定火箭的大小；還會對火箭發動機的選擇產生影響；並且對火箭使用燃料的速度產生影響。燃料的選擇還可以決定火箭排放出的是有毒的氣體，還是無害氣體，比如俄羅斯質子火箭使用的是會造成嚴重污染的有毒燃料，而太空梭則是使用了可以產生乾淨氣體的燃料。作為一種中間燃料，甲烷既屬於造成溫室效應的氣體之一，但它在燃燒過後所產生的的氣體又是乾淨的，並可以產生較多的動能。這也就意味著在產生相同動能的情況下，它所使用的燃料箱是較小的，但要注意的是，清潔的燃料也就意味著成本的增加。但如果發動機能夠多次使用的話，再加上多種化合物以及渦輪泵的使用，那麼成本將不再是一個問題。
通常來說，火箭中的渦輪泵是由小型的主發動機驅動，而這也是提供動力的最佳辦法。而在猛禽號發動機中，就是使用了這種裝置，由液態甲烷和液態氧產生的排氣會在主燃燒室合併，而泵的殘留物也可以提供額外的動力。對於火箭的可重複使用性而言，渦輪泵系統是關鍵點，在燃燒之後產生乾淨氣體的甲烷燃料，它的使用會將火箭發動機的發展更上一層樓，它能使火箭發動機具有可重複使用性，並降低火箭發動機的使用成本，這些都是甲烷燃料的優勢。
圖註：土衛六上有大量的甲烷
BE-4火箭發動機推力達240噸
在亞馬遜創始人的資金幫助下，藍色起源公司開始研發BE-4火箭發動機，這就是新格倫重型火箭。目前，該發動機已在西得克薩斯州進行了熱火實驗。在網路上可以看見一則BE-4火箭發動機測試點火的六秒鐘視頻，關於BE-4熱火實驗的細節問題，藍色起源公司未對此作出任何回應。在2020年進行第一次發射的新格倫重型火箭，在第一級配備了7台BE-4發動機，在第二級會配備1台。2019年底即將發射的火神火箭，也會採用BE-4作為主發動機。BE-4屬於可重複使用的發動機，它在海平面上可以產生240噸推力，在目前已有的甲烷燃料火箭發動機中，它的性能是最強的。2011年，藍色起源公司決定研發甲烷燃料發動機，而BE-4熱火實驗的成功則證明了這個決定是正確的。在一開始，該公司只是想研發出可以對海平面產生181.44噸推力的發動機，但在與ULA公司合作之後，成功的使發動機的推力上升了40%。
圖註：BE-4發動機
由波音公司和洛克希德·馬丁公司建立的ULA公司，也在BE-4發動機的研發過程中也進行了私人投資，同時美國的第二大富豪也對此進行了私人投資。據報道，為了能夠更好地發射國家安全衛星，美國空軍也會進行投資，其金額數目約4600萬美元。ULA公司的總裁表示在BE-4發動機完成熱火實驗後，來自ULA公司的工程師在將它組裝到火神火箭之前，會對它先進行性能測試等一系列的評估。在研發液體火箭發動機的過程中，存在著三個會引發燃燒不穩定性的變數：一是更改了燃料的選擇；二是在不改變燃料的情況下更改發動機尺寸；三是在不改變燃料和發動機尺寸的情況下，對熱力循環進行了修改，這三種變數在BE-4發動機中都可以找得到。
圖註：猛禽發動機噴射出的淡藍色馬赫環
目前，大多數火箭發動機使用的固體燃料助推器或液體燃料助推器，都是將RP-1或液態氫作為提供動力的燃料。而BE-4發動機不僅採用甲烷作為燃料，還運用了富氧分級燃燒技術，可以在發射的過程中節約大量的燃料。由於甲烷燃料在燃燒過後產生的是乾淨氣體，這也就意味著BE-4發動機更容易得到重複使用。目前，藍色起源公司決定對新格倫重型火箭的第一級採用回收技術（該技術由SpaceX公司首創）。至於一次性的火神火箭，ULA公司也決定在發射之後回收火箭的第一級發動機，從而對它進行維修和再次使用。
在今年5月的地面測試中，BE-4發動機發生了事故，使得一套動力組硬體遭到了損壞。至於其原因，該公司暫未透漏，但他們表示這是很普遍的問題。在今年4月，該公司宣布，BE-4發動機很快就會在德克薩斯州的貝佐斯牧場進行熱火實驗。而在BE-4發動機開始進入批量生產之後，會在新工廠進行集成，新工廠位於阿拉巴馬州的亨茨維爾。目前，ULA公司還未決定火神火箭的第一級發動機，而噴氣洛克達因公司正在研發使用煤油和液態氧的AR1發動機。ULA公司認為BE-4發動機的研發時間早於AR1，所以火神火箭會先使用BE-4發動機進行試飛，對於此，噴氣洛克達因公司認為AR1是最佳選擇並且風險小。
圖註：馬斯克的猛禽發動機
總的來說，給火神火箭第一級提供動力的不是2台BE-4，就是2台AR1，ULA公司在接下來，也會逐漸減少RD-180發動機（主要為Atlas 5提供動力），還有Delta 4火箭系列的使用。至於配有三個第一級助推器的Delta 4重火箭，還是會繼續搭載美國的軍事衛星進入地球軌道。而在火神火箭開始服役之後，Atlas 5也會在2020年代退休，接下來，就是液態甲烷發動機的時代了。
