Musk 貼文展示首個「量產版」的 SpaceX Raptor 引擎

SpaceX 的新火箭 Starship/Super Heavy 的成敗，有一大部份壓在了其極度先進的引擎「Raptor」上。稍早 Musk 在推文上貼出了「量產版」Raptor 引擎抵達德州 McGregor 測試中心的照片，不出意外的話，在進行測試後如果一切正常的話，它將會被裝在 Starship Hopper 上，進行第一次的「實戰」測試。

Raptor 之所以稱為世上最先進的引擎，是源自於它採用的「全流分級燃燒循環（Full Flow Staged Combustion Cycle）」架構。火箭設計當中最傷腦筋的部份，就是如何為燃燒室供應足夠的燃化劑和燃料 -- 火箭引擎燃燒的速度是如此之外，如果不用專門的渦輪泵來餵送的話，根本供應不及。由於渦輪泵必需在高溫、高壓的環境下運作，如何保證它能安全、有效的運轉，就衍生出了許多種的「燃燒循環」，每種都在造價、可靠性、和效能上，有著不一樣的取捨。像 SpaceX 現有的主力引擎 Merlin，採用的就是一種稱為「燃氣發生器（Gas Generator Cycle）的循環，將一部份的燃料導入另一個燃燒室，專門供渦輪機來使用。這些燒完的廢氣會不通過火箭引擎的主燃燒室，直接從旁邊倒入大氣中，所以雖然構造簡單，但有一部份的燃料就這麼浪費掉了，因此在效率上會略差一些。更先進一點的設計，稱為「分級燃燒循環」，並分成「富油（Fuel-rich）」和「富氧化劑（Oxidizer-rich）」兩種。這兩種方式都是將油料或氧化劑先在預燃室裡加熱來推動渦輪，再送進主燃燒室，但差別在於富油是在以燃料為主的情況下，加入少許氧化劑；而富氧化劑自然就是在以氧化劑為主的情況下，加入少許燃料了。富氧化劑分級燃燒循環的效率要高一點（燃燒更完全），但對於管道的耐受性要求更高。Blue Origin 的 BE-4 引擎就是富氧化劑分級燃燒循環的設計。

至於 Raptor 則是再更進一步，富油、富氧化劑兩條路線同時進行（所以稱為「全流」），由燃料輸送線路和氧化劑輸送線路各自推動自己的渦輪機，並讓兩邊的輸送泵相互支援輸出。這樣的設計不僅燃燒效率是最高的，而且因為有兩個渦輪機在分擔工作，所以各別渦輪機的壓力較小，損耗也會少一點。然而它的缺點也是顯而易見的，也就是管線變得無比複雜，而且單個引擎的成本奇高。在以前火箭引擎基本上都是用一次就丟的情況下，實在沒有開發全流分級燃燒循環引擎的意義，過去也僅有美國、前蘇聯各設計了一款「紙上」引擎，從來沒有進入實物階段，因此打從一開始就以多次使用為目標的 SpaceX，倒是在這裡拔得了個頭籌。

從圖上我們除了可以看到 Raptor 和一團麵條沒兩樣的複雜管路之外，在另一張圖中也有位被遮住的仁兄，讓我們可以大概估算它的大小。據推估，它的高度約在 4m 左右，噴嘴直徑則大約是 1.5m。對於後者目前的爭議較大，因為 Musk 明確表示 Super Heavy 上最多可以用到 31 個 Raptor 引擎，究竟要怎麼排列才能塞進 31 個，目前還有點謎。所幸的是，Starship Hopper 上反正只準備先裝三個 Raptor 來做測試，SpaceX 應該還有的時間來研究吧。

據 Musk 透露，目前的 1780kN 推力 Raptor 引擎算是一種為了讓 Starship 能早日升空，而不得不開發的一個「折衷」版本。未來它將特化成真空專用（380s+ Isp）和海平面專用（2225kN）兩種類型。

來源: Elon Musk (Twitter)