长征二号F运载火箭(图片来源:谷歌)
液氧/煤油煤油特点是成本低,无毒环保,性能较高。存在的不足是:比冲347秒较氢氧的457秒差距非常大;煤油燃烧会因为硫含量存在不同程度积碳影响重复使用;煤油作为冷却剂,受到结焦温度低的限制。液氧煤油发动机仍然是目前世界各国大推力火箭的主力发动机,代表有美国spaceX公司的梅林发动机,我国YF-100发动机。世界上推力最大的单燃烧室液体火箭发动机F-1与推力最大的四燃烧室液体火箭发动机RD-170同样是液氧煤油推进剂。
F-1在宇航火箭中心展出(图片来源:维基百科)
液氢/液氧液氢液氧燃料优点是比冲高达457S、无积碳、无污染,是多级火箭第二、三级的最佳选择。缺点是液氢密度小,所需贮箱体积大;液氢超低温,极易蒸发和逃逸,储箱保温外壳的重量占比高,液氢贮存温度极低,且与液氧温差较大,贮箱、发动机设计难度极大。因其超大的比冲与超高的发动机设计难度,液氢液氧发动机被称为火箭发动机的皇冠。代表有美国的RS-68、我国的YF-77等。
正在进行点火测试的RS-68火箭发动机(图片来源:维基百科)
液氧/甲烷液氧甲烷的性能介于液氧煤油与液氢液氧之间。液氧甲优点是比冲较高,约365秒、基本无积碳,基本可以避免烃类燃料使用过程中的积碳和结焦、易于维护、导热性好、易于多次启动和变推力调节、发动机设计难度不大。甲烷也是其他星球上易于获取的资源。由于可回收火箭以及星际旅行是当前火箭发展的主流方向,故液氧甲烷发动机也是目前各国发动机研制的主要方向。代表有美国蓝色起源公司的BE-4、spaceX公司的猛禽、以及我国蓝箭航天的天鹊。
2016年9月25日,猛禽火箭发动机在德克萨斯州McGregor测试场首次测试点火。(图片来源:维基百科)
自从戈达德博士于1926年发射人类历史上第一枚液体火箭之后,科学家和工程师对液体火箭燃料的研究从未停止。在可预见的未来,液体火箭仍然是人类进行太空探索最主要的方式。