馬斯克的獵鷹火箭在世界範圍內引發了一場可回收火箭熱潮。雖然各國對可回收火箭早有研發和技術儲備，但行動上略顯遲緩。而私營公司spaceX在可回收領域勇往直前，創造了回收火箭的新紀元。
在這個可回收火箭成為熱門的時代，發動機的可重複使用成為了重要的一環。美國的兩傢俬營航天公司spaceX和藍色起源公司，都把新一代運載工具的發動機定位為液氧甲烷發動機。而歐洲也在加力研究液氧甲烷發動機。那麼液氧甲烷發動機的優勢是什麼呢？
一、液氧甲烷發動機的優勢
1.跟氫氧發動機比
氫氧發動機是比較成熟的可重複利用發動機。美國當年發展航天飛機，選擇的發動機就是大推力氫氧發動機，而且重複使用性能還不錯。跟氫氧發動機比，液氧甲烷發動機有很多優勢，使它成為替代氫氧發動機的重要選項。
首先，發動機生產成本低，歐洲準備研發的液氧甲烷發動機預計成本只相當於現在火神-2.1氫氧發動機成本的十分之一。以此為參照，液氧甲烷發動機，比各種氫氧發動機的生產成本應該都會低很多。
其次，燃料成本低，能量密度高。相對於液氫燃料來說，甲烷的來源更加廣泛，成本也低很多。另外，液氫的密度很小，使得火箭燃料貯箱必須足夠大，才能滿足需求。而液態甲烷的密度是液氫的6-8倍，具有一定密度優勢。
再次，液氧甲烷發動機的燃燒條件要緩和的多，對發動機材料要求降低。氫氧發動機的推力室內壁經過三次以上的點火試車就有可能出現裂紋，而液氧甲烷發動機可以在幾十次燃燒後依然沒有損傷。
此外，液態甲烷的保存溫度要比液氫高80多度，可以減少保溫貯存的難度。零下180度的溫度與空間溫度接近，在空間飛行時無需特殊保溫就可以維持液態，比較適合做成火箭上面級或空間飛行器。
以上特徵，使得液氧甲烷發動機雖然趕不上氫氧發動機的高比衝，但也有取代的優勢。
獵鷹重型的發動機佈局（早先規劃）
2. 跟液氧煤油發動機比
液氧煤油發動機，經過spaceX公司的反覆回收實踐，已經趨向成熟。最新款的Merlin1D發動機，至少可以重複使用10次，無需大修，已經滿足了重複使用的需求。相對來說，液氧甲烷發動機還沒有回收使用的先例。但從理論上，液氧甲烷發動機也有自己獨特的優勢。
首先，相對於煤油燃料來說，甲烷更不容易積碳和結焦。煤油燃燒是容易產生黑煙的，對於發動機來說就容易產生積碳，雖然通過富氧燃燒可以減少積碳但也帶來了一些不利因素。另外，火箭發動機工作時，都需要燃料進行冷卻。甲烷的比熱大，溫度低冷卻效果好於煤油。而且煤油冷卻是容易產生結焦現象的，對於管路產生一定危險，對於後期的維護也帶來困難。相對來說，甲烷的結焦溫度要高很多，不容易產生結焦，是更好的冷卻劑。
其次，甲烷燃料具有價格優勢。相對於煤油來說甲烷的價格優勢不像與液氫比那麼明顯，但也是比較可觀的。至少甲烷的價格是煤油價格的一半以下。更有意義的是，煤油燃燒必須採取富氧燃燒的方案，要求消耗更多液氧，提高了燃料成本。而液氧甲烷發動機完全可以採用富燃燃燒方案，可以得到同樣效果的情況下，可以節省液氧的消耗。
再次，發動機生產和維護成本相對較低。由於前述煤油發動機採用富氧燃燒方案，過多的氧氣對於發動機機體具有腐蝕性，這對發動機的防腐性能提出了更高的要求。同時，煤油冷卻劑帶來的結焦現象也給發動機維護帶來了一定困難。相對來說，甲烷燃燒在這兩個方面優勢比較明顯。而且甲烷火箭在使用完以後重複利用時無需深度清洗，使用氮氣簡單沖洗後就可直接使用，可以降低維護成本。
此外，液氧甲烷燃燒能夠產生更大的比衝，比煤油提高3%，但由於其密度較小，比衝帶來的提高優勢並不明顯。但是甲烷可以在太空獲取，比如火星上可以直接製備甲烷，木星和土星的衛星上也能找到大量甲烷，對於深空探索來說是有意義的。
大獵鷹和它的宇宙飛船選擇了液氧甲烷發動機
二、各國進展
1.美國依然領先
美國NASA自己雖然沒有在液氧甲烷領域展開研究，但是他們重點支持了兩個私營公司藍色起源和spaceX。其中spaceX的發動機設計推力為300噸級，宣稱可以重複利用1000次。這是革命性的，因為液氧煤油發動機的可靠重複使用次數僅在十次左右，大修的情況下，能有提高。而藍色起源的BE-4發動機，準備應用到重型火箭新格倫上。該發動機提供給地面推力為240噸，設計重複使用次數為25次。產品基本已經成型，正在進行試車，今明兩年有可能發射。
2. 俄歐合作早早佈局
俄羅斯繼承了前蘇聯的雄厚航天科技基礎，能夠設計和研發各種類型的發動機。其中液氧甲烷發動機也早有佈局，不僅跟歐洲合作開展“伏爾加”發動機的研製，也自行設計了多款液氧甲烷發動機。其中RD-160是正在規劃中的發動機，地面推力達到200噸級。
歐洲在跟俄羅斯合作的同時，各國也在加力研究液氧甲烷發動機，研發的積極性很高。已經研發出幾款發動機樣機，取得了一定的測試效果。正在規劃200噸級和400噸級液氧甲烷發動機。
3.日本也不落後
日本自2008年開始研製10噸級LE-8液氧甲烷上面級發動機，目的是為了降低現有火箭的發射成本。同時還在研究3噸級和5噸級上面級液氧甲烷發動機。前面的文章提到日本的火箭發射成本太高，在世界航天市場上不具備價格優勢。因此也在努力改進火箭性能提高性價比。而研發液氧甲烷發動機對於降低發射成本是有幫助的。
4.中國也有重要突破
中國已經研發成功60噸級液氧甲烷發動機，2016年樣機多次試車成功。但這款發動機是以可重複使用飛行器為背景研發的，短期內沒有應用到火箭上的計劃。但也在研究3噸級和8噸級火箭上面級發動機，為未來的火箭應用儲備技術。
5.印度未見報道
印度作為航天大國，作出了很多航天成就，也有一些獨到的地方。前面有幾篇文章介紹印度的 和新型 ，另外 。但整體技術水平還有待提高，在可重複使用火箭的技術儲備上還有待提高。
也歡迎大家惠閱以前相關的科普文章：