▲星艦首飛后再起波瀾。5月13日，SpaceX首席發言人馬斯克最新披露，第三代猛禽發動機靜態點火測試數據剛剛出爐，駭人聽聞——燃燒室壓力高達350bar、推力高達269噸力。又一次印證：SpaceX就愛挑戰不可能，不知疲倦地追逐突破，自我超越。
相比之下，4月20日星艦首飛日使用的第二代猛禽發動機，燃燒室壓力330bar、推力230噸力。顯而易見，第三代猛禽燃燒室壓力增大了20bar，繼續保持全球現役火箭發動機燃燒室壓力的最高紀錄。
▲三年前的2020年8月17日，馬斯克曾披露猛禽發動機在點火測試中達到330bar的燃燒室壓，推力達225噸。之前公布的猛禽燃燒室壓力最好成績達268.9bar，已經超越之前世界室壓紀錄保持者：俄制發動機RD-180峰值267bar。
一連串關鍵問題來了——
●為啥如此看重燃燒室壓力值？
所謂燃燒室壓力，英文全稱Main Combustion Chamber Pressure，縮寫為MCC Pressure，是指燃燒劑（燃料）和氧化劑（氧氣）混合后燃燒產生高溫高壓氣體，這些氣體會對燃燒室壁面和噴嘴產生壓力，同時也是產生推力的關鍵之一。燃燒室壓力的大小會影響到推力的大小，因此在設計和優化發動機時需要對燃燒室壓力進行精確的測量和控制，這也是火箭發動機核心技術之一。
盡管燃燒室壓力和推力之間沒有直接的換算關系，它倆是不同的物理量，燃燒室壓力是指燃燒室內氣體的壓力，以bar（巴）或者MPa（百萬帕）為單位，而推力是指發動機產生的推力，以kN（千牛頓）或lbf（磅力）或tf（噸力）為單位。
不過，一般狀況下，燃燒室壓力越大，就代表發動機推力也越大。就拿三代猛禽為例，第一代猛禽燃燒室壓力300bar，推力達185噸；第二代猛禽燃燒室壓力330bar，推力達230噸；第三代猛禽燃燒室壓力350bar，推力達269噸。
但也有二般狀況，燃燒室壓力與推力并非成正比。就拿光頭貝投資的藍色起源（Blue Origin）開發的發動機BE4為例，設計推力達270噸，比第三代猛禽269噸還大，但是體積、重量都比猛禽大，而且燃燒室壓力只有134bar，僅僅是猛禽發動機的38%。這就是技不如人，遠沒有掌握發動機核心技術。
●第三代猛禽長啥樣？
截至目前（馬斯克最先透露第三代猛禽數據之際），外界對此知之甚少，不太清楚具體關鍵參數。比如尺寸、重量、比沖（ISP）、流量（Mass Flow）、推力百分比（Thrust Percentage）等等。
在馬斯克透露第三代猛禽數據之后不久，有專業媒體人問詢老馬：第三代猛禽（Raptor V3）與第二代猛禽（Raptor V2）看起來何異同？
對此，馬斯克回復稱：「如果我們能夠刪除并且整合足夠多的第二級結構(細小而繁瑣的部分)，那么我們就可以在局部保護其余部分，并且去掉發動機隔熱罩?！?/p>
這就是說，第三代猛禽設計目標將比第二代更簡潔，更高效，更輕巧。通過刪除或者整合一些部件，有效減少發動機質量，讓發動機結構更為緊湊，還能更快更有效地實現量產。
▲作為長期追蹤SpaceX各項動態消息的知名航天媒體NASASpaceflight，5月13日在其推特賬號發布一條短視頻，內容是前一天（5月12日）在德州麥格雷戈火箭測試基地，靜態點火試射第三代猛禽（Raptor V3）持續45秒鐘畫面。
視頻發布后馬斯克在下方回復稱：「坦率來說，我們沒想到發動機能在這么大的燃燒室壓力下持續點火這么久。這是一片未知領域?！梗ㄒ娤聢D▼）
●三代猛禽發動機迭代都有哪些變化？
▲三代猛禽發動機主要參數對照表
SpaceX自從2012年開始研制猛禽發動機，歷經整整十年，從猛禽V1.0，V1.5，V2.0，V2.5，一直到最新版3.0（簡化為第一代、第二代、第三代），性能提升都是跨越式進化。最突出的是推力陡增，從185噸猛增到269噸，這可是45%的性能提升！
▲第一代、第二代猛禽主要參數對照 圖表出品everydayastronaut.com
第一代猛禽外部管線復雜到被戲稱為「圣誕樹」，管線對接要用到盤狀凸緣，機械名詞稱為「法蘭」（Flange）。第一代猛禽采用了很多法蘭，這是在研發初期為了方便更換零件，而且需要安裝很多感應器搜集測試數據，所以外觀看起來很雜亂。隨著設計簡化、技術成熟，這些接頭便改成焊接，很多測試裝置也隨之省略，線路可以集成。
第二代猛禽最大突破在于，去掉原本的點火系統，也就是刪除了燃燒室里的雙冗余點火器，而是巧妙利用燃燒室高溫高壓工作環境，讓充分混合的高熱氧氣和甲烷氣體直接變成「自燃推進劑」（Hypergolic）。所謂「自燃推進劑」到底是如何做到的？這被SpaceX視為公司核心技術機密從未披露過。
以上種種簡化，讓第二代猛禽得以減重，造價也降低一半，制造速度令人咂舌，每天至少可生產一臺第二代猛禽。由于外觀簡化，就連原本用來保護管線的隔熱罩也被刪除了。要知道，光是去除隔熱罩這部分，就為超重型火箭減輕多達6噸負重。這一簡化的設計理念，正是馬斯克座右銘：The best part is no part（最好的部件就是沒有部件）的具體表現。
毋庸置疑，第三代猛禽會進一步簡化設計、優化構造，減負減重的同時，最大程度地釋放高效性能。
盡管猛禽并不是史上推力最強悍的火箭發動機，但卻是百噸級推力性能最棒的。我們就拿全球目前數一數二的兩款巨箭發動機做比較：單臺猛禽重1.6噸，NASA官定月球火箭太空發射系統（SLS）使用的R25發動機重達3.2噸，整整多出一倍；第三代猛禽推力高達269噸，RS25只有190噸。猛禽性能遠超RS25幾條街，要知道RS25使用的可是50年前的老舊技術。
第三代猛禽能釋放這么大推力，關鍵在于燃燒室壓力，高達350巴，這是史上火箭發動機之最，燃燒室壓力越大，就代表推力也越大。
▲藍源BE4與SpaceX猛禽對照 圖表來自reddit.com/r/spacex/comments
▲再拿藍色起源開發的BE4作比較，盡管設計推力270噸，只比第三代猛禽269噸多出一丟丟，但體積重量都比猛禽大不少；拿關鍵指標燃燒室壓力作對比，BE4只有134巴，僅僅是猛禽的38%。更重要的是，無論對比制造成本，還是生產速度，BE4都遠不如猛禽，猛禽造價從第一代200萬美元，快速降至第二代25萬美元，而BE4造價卻高達800萬美元。
●猛禽發動機主要特色有哪些？
①全球第一款量產的全流量分級燃燒循環發動機，采用獨特設計的封閉式雙渦輪驅動，同時擁有兩個預燃室，分別極度富氧和極度富燃，這種巧妙設計使得渦輪機工作溫度大大降低，從而大幅延長發動機壽命，大大增加復用次數。與此同時，推進劑還能夠充分燃燒，幾乎完美無缺。馬斯克稱之為「只有上帝才能超越」。
②猛禽屬于液氧甲烷發動機，不僅燃料便宜，而且燃燒積碳少，從而大大提高復用效率。更重要的是，SpaceX以火星殖民為終極目標，理論上甲烷、氧氣都可以在紅色星球上就地取材，原位制備，這樣才有能力把星艦打造成火星航班，真正實現可持續性火星殖民，讓人類成為跨星球物種。
③高效低價，不斷迭代的猛禽發動機，設計越來越優化，構造越來越簡化，推力越來越大，造價越來越便宜。每臺造價從最初200萬美元，現已降到25萬美元以下。相比之下，SLS使用RS25發動機高達5000萬美元，這還是半個世紀前的技術，航天飛機時代的遺留物。
●第三代猛禽為誰打造？
表面上看，不斷迭代猛禽發動機，這就是SpaceX不知疲倦地追逐突破和自我超越的最新例子，但成熟公司不會為了簡單突破而突破的，追逐突破一定有強烈目的的。在我看來，第三代猛禽很可能就是為了加長版星艦打造的。馬斯克為啥要推加長版星艦？
要知道，第二代猛禽完全可以滿足目前星艦系統的設計能力。第二代猛禽發動機關鍵指標：燃燒室壓力330bar，推力230噸力。作為星艦系統第一級，超重型火箭配置33臺猛禽發動機，總推力峰值高達7590噸。不僅已是史上之最，而且是土星五號起飛推力2.2倍、SLS B1起飛推力的1.9倍、胖五起飛推力的6倍。即便星艦首次試飛以90%推力，而不是100%全功率推進，這也是相當于土星五號兩倍推力，或者去年底首飛的SLS最大運力1.7倍。
如果單純為了滿足目前星艦系統設計要求的話，第二代猛禽已經足夠用了。只要解決安全可靠、共振問題，以及低價高效，就能滿足星艦現階段需求。而沒必要投入更多資源來搞所謂第三代。
所以，深層原因只有一個：為了更新一代星艦系統，也就是老馬透露的加長版星艦。
我們不妨先來看看，三代猛禽不斷推高的推重比：第一代1.25，第二代1.5，第三代1.77。所謂推重比，是用來描述發動機利用排氣產生的推力與負重量之間的比例，Thrust-to-weight-ratio，通?？s寫為TWR。
再看看推重比對火箭發射的影響。我們知道，火箭在發射上升階段，開始1G（9.8米/秒^2）的加速度，純粹是用來掙脫地心引力的。
▲第一代、第二代猛禽推重比對比示意圖 圖表出品everydayastronaut.com
第一代猛禽推重比只有1.25，那么意味著80%推力都耗在對抗地心引力上（1/1.25=80%），這種必須付出的推力損耗常被稱為重力損失（Gravity Loss）。再換個角度看，只有20%推力用在推進火箭上。這種剔除1G之后凈增的0.25G加速度，又被稱為凈加速度（NET ACCELERATION）。
第二代猛禽推重比達到1.5，意味著只需67%推力用來擺脫引力（1/1.5≈67%），其余33%推力就能用在加速推進火箭上。剔除1G之后增加0.5G的凈加速度，
第三代猛禽推重比高達1.77，意味著只需56%推力用于擺脫引力（1/1.77≈56%），其余44%推力都用在加速推進火箭上。剔除1G之后增加0.77個G的凈加速度。這對史上最強巨箭——星艦系統來說，價值可就大了。這會縮短超重型火箭持續點火時間，便能抵達一二級分離速度及高度，由此縮短返航距離，減少返航回收階段所需推進劑量。
這也會縮短星艦飛船進入軌道所需時間，由此減少重力阻力。換句話說，發動機越是加大推力，越會減少重力阻力，從而增加星艦飛船運力。
顯而易見，這么高的推重比并不是為了現有版本設計的，而是為了下一代星艦。
就在星艦首飛前夕，今年4月9日馬斯克突然發推聲稱：「星艦飛船會變大，可能會再延長10米。」這意味著：作為星艦系統的第二級，星艦船體從目前50米高，增至60米高；新一代星艦系統總高度將從目前119米（69+50）增高至129米；第二級星艦發動機配置從目前3臺真空版增至6臺；星艦近地軌道最大運力從150噸有望增加到200+噸；有效載荷艙體積從目前1100立方米有望增至1700+立方米。
要想實現加長版星艦的設計需求，就需要猛禽提供更多推力，提升單臺發動機效能。所以，在第二代猛禽已經大規模量產的情況下，SpaceX還必須極盡所能榨取每一臺猛禽發動機效能，于是在短時間內便推出了測試版第三代猛禽，以至于測試數據稱得上駭人聽聞。
不難預見，隨著裝配更強大的第三代猛禽發動機，加長版星艦如虎添翼，關鍵指標讓人嘆為觀止：起飛推力高達8877噸，LEO運力200+噸，軌道加油后深空運力200+噸，加壓空間1700+立方米……
不管是近地軌道，還是去?球、?星等深空，這都是舉世無雙的顛覆性太空運輸系統。如果我們篤信成功總是有慣性的話，那么也就不難相信SpaceX必將星艦效能發揮到最大，優化到極致，最終成為我們這個大航天時代的超級載具。
