2024年是液體推進領域新技術爆發之年，國內外政府部門和商業航天均完成了大量技術突破，推動液體火箭發動機技術不斷進步，部分先進發動機已逐漸從精雕細琢、個性化定製的藝術品轉變為量產型工業品。本文盤點2024年液體推進領域的重要進展。
SpaceX公司的超重-星艦火箭分別於2024年3月、6月、10月、11月進行第3~6次發射試驗，所有試飛火箭均成功發射，並完成一二級分離。若以傳統非重複使用火箭發射任務標準衡量，這四次試飛都稱得上是成功。但作為可重複使用火箭來說，第三次試飛不算圓滿。在這次飛行中，星艦飛船和超重助推器成功分離後入軌，但再入時滾控失效導致解體，而超重助推器嘗試返回時6臺發動機提前關機，觸發AFTS解體。後續的發射情況則好很多，第四次試飛中星艦飛船和超重助推器均順利完成濺落試驗，第五次試飛中星艦每次成功濺落，而超重助推器則完成了劃時代的人類首次塔架回收試驗，第六次試飛中二者又成功完成濺落。
8月，SpaceX試驗了最新型的猛禽3（Raptor 3）發動機，該版本把室壓提升至35MPa，使得海平面推力達到269噸，而整機重量僅1525kg，算上箭體硬體在內的總重1720kg，使得其推重比達到180以上。猛禽3極大簡化了發動機設計，將許多流道轉移至發動機殼體內，內化次級流道，提高了可靠性和再入回收效能，還移除了隔熱罩和消防系統，這使得猛禽3成為當下最具競爭力的液氧甲烷發動機。
7 月，波音公司完成了NASA阿爾忒彌斯2號載人繞月任務的SLS火箭核心級的最終綜合功能測試和交付。波音與NASA密切合作，在核心級交付肯尼迪航天中心之前，對其推進系統、航電裝置和整體效能進行了嚴格評估。
為完成阿爾忒彌斯4號的月球登陸任務及後續任務，將更多有效載荷送上月球，NASA正在開發效能更強大的SLS升級版——SLS Block 1B和Block 2。4月，L3Harris 旗下公司航空噴氣·洛克達因完成了核心級RS-25發動機的現代化改造和測試，升級了飛行計算機以承受 SLS 固體火箭發動機的高溫。此外，波音公司開始在新奧爾良的NASA Michoud總裝廠生產SLS “探索”上面級（Exploration Upper Stage），將配備4臺RL10發動機。
7 月，新型阿麗亞娜6號火箭（Ariane 6）在法屬蓋亞那進行了首飛。火箭的固體助推器和改進的一級發動機Vulcain 2.1均正常工作，上面級Vinci發動機首次點火後，火箭成功入軌。但第二次點火時疑似APU提前關閉，僅工作22秒，上面級未達預期高度，APU也未能在第三次點火前開啟，使得第三次點火失敗，上面級沒能按計劃受控離軌，兩個再入返回實驗艙也沒有分離，發射任務部分成功。
8 月，德國航天局（DLR）在蘭波爾德豪森的歐洲研究與技術試驗檯上測試了全新的泵壓式液氧甲烷上面級原型發動機LUMEN。LUMEN發動機額定推力25kN，按模組化設計，開發的主要目的是在典型試驗環境中測試發動機部件和元件的效能，包括渦輪泵、燃燒室和閥門。為此，發動機沒有進行特別的減重或減體積設計，而著眼於能夠完全測試每個元件的效能。此外，研究人員還發展了一套基於人工智慧的發動機控制和健康監測方法，用於獲得單個元件的壽命效能，為未來發動機的重複使用積累經驗。
1 月，聯合發射聯盟完成了火神半人馬座火箭（Vulcan Centaur）的首飛。火箭的一級由2臺藍色起源公司BE-4液氧甲烷發動機提供動力，本次試飛也是BE-4發動機的首飛。火箭有效載荷有兩個，一個是Astrobotic公司的遊隼（Peregrine）月球著陸器，它是NASA商業月球有效載荷服務（CLPS）計劃資助的首個任務，另一個是太空殯葬公司Celestis的Enterprise飛行器。遊隼月球著陸器因推進劑貯箱洩漏未到達月球表面，繞月球飛行後在地球大氣層中執行了受控再入。
10月，火神半人馬座火箭完成第二次發射，該任務原本計劃搭載追夢者太空飛機的首飛任務，但因其延誤，改為搭載一個1500kg的模擬載荷飛行。發射後約37秒，其中一個固體發動機噴管脫落，導致推力降低。雖然固體發動機完成了90秒的額定工作時間，但因為推力不平衡，火箭產生輕微姿態異常，隨後制導系統和主發動機額外工作大約20s，糾正了火箭姿態，最終火箭仍成功入軌。
2月，直覺機器公司（Intuitive Machines）成為首家登陸月球的商業航天公司，這也是自1972年以來美國首次登月。其月球著陸器奧德修斯（Odysseus）由CLPS資助，雖然成功在月球南極附近著陸，但落地後不幸翻倒，沒能實現其預定功能。該著陸器技術繼承自原摩爾普斯計劃，採用液氧甲烷軌姿控一體化系統，主發動機為深度變推VR-900發動機。這是液氧甲烷發動機首次在深空點火，奠定了低溫空間發動機應用的基礎。
[1] A year of firsts in liquid propulsion[EB/OL]. [2025-1-10]. https://aerospaceamerica.aiaa.org/year-in-review/a-year-of-firsts-in-liquid-propulsion/.
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本文轉載自“空天動力瞭望”，原標題《【年度盤點】2024年國外液體推進技術進展》。
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