液氧甲烷火箭发动机优缺点

近年来，随着星际旅行概念的兴起，以液氧甲烷作为燃料的运载火箭技术成为了商业的宠儿。液氧甲烷发动机是具有无毒环保、高可靠、高性能、低成本、易操作、可重复使用等特点的发动机，代表了航天主动力技术的发展方向。那么液氧甲烷火箭发动机优缺点有哪些呢？由于甲烷是可燃易爆气体，在储存加注时，为防止泄漏积聚的甲烷浓度过高，需要在现场安装使用甲烷泄漏浓度检测报警仪器，以免发生爆炸。 液氧甲烷燃料的主要优缺点：
1、比冲虽然依然跟液氧液氢没得比，但略高于液氧煤油（365到380左右，液氧煤油355左右）；
2、完全没有积碳结焦，维护很方便，发动机只要不烧坏基本无限用，会提高火箭回收再利用的效率，省了清理工作，是可回收火箭的最优选择；
3、煤油分子结构复杂，在别的星球上非常不容易找到，但甲烷在别的星球上却很容易找到或者合成，比如土卫六上就有液态甲烷形成的湖泊，同时它的制备难度也比较低，天然气直接提纯液化就行了；
4、液氧(-182)和甲烷(-162)的保存温度/沸点非常接近，难度远低于液氧和液氢(-253)，后者在火箭中的贮存是个极其棘手的问题；（但不如煤油）。
5、液态甲烷密度为422千克/立方米，远高于液氢的71千克/立方米，同等质量/能量燃料需求体积降低很多；（但不如煤油的840千克/立方米）。
6、液态甲烷的沸点远高于氢，与液态氧气的沸点比较接近，保存难度更低。并且液态甲烷的密度也比液态氢大，能够在有限的空间内存储更多的燃料。
7、设计难度并不大，可以沿用液氧煤油发动机那一套成熟体系。难度也低于液氧液氢发动机，毕竟液氢密度低，燃烧时对发动机涡轮泵的转速要求实在太高了；
8、总体上，它的发动机难度略高于液氧煤油，但总体上比液氧液氢简单，也很有可行性；
9、采用甲烷燃料的火箭发动机与氢氧火箭发动机相比，前者发动机的设计难度更低，基本上可以沿用液氧煤油那一套成熟的发动机体系，不用过多地改动。
10、燃料级液态甲烷的制备难度并不高，成本低于液氢生产线、火箭煤油生产线和昂贵的联胺/固体燃料；
11、从理论上讲，适合人类星际探索时资源的原位利用。因为甲烷在其他星球上并不罕见，冥王星和土卫六泰坦上，那是深不见底的甲烷海啊。

液氧甲烷燃料不像有毒燃料那样有毒，也不像液氧和煤油火箭那样容易结焦。虽然比冲不如液氧和液氢高，但甲烷的密度比液氢高得多，可以用更小的燃料箱来储存燃料，可以为可回收火箭打下基础。与液氧和液氢火箭相比，液氧和甲烷火箭还有一个优点：燃料之间的温差较小。甲烷的沸点为—161.5℃，冰点为—182.5℃。在火箭中，甲烷的温度可以保持在—182℃，液氧的温度可以保持在—183℃。温差只有1°C。这也是非常容易存储在火箭。它不像液氧和液氢火箭，液氢意外地将液氧冻结成固体。而且，甲烷比液氢便宜，而且甲烷也曾在外星球上被探测到，所以相比液氢和液氧火箭，液氧甲烷火箭的发射成本更低，甚至可以用来探测火星，因此成为航天公司的“宠儿”。

以采用进口高精度气体传感器的ERUN-PG51M3固定在线式甲烷检测报警仪为例，可以同时检测并显示甲烷CH4的浓度值，超标声光报警，并联锁自动控制排气风机的启停，测量数据结果可通过分线制4-20 mA模拟信号量或总线制RS 485（Modbus RTU）数字量信号以及无线模式传输，通过ERUN-PG36E气体报警控制器在值班室实时显示甲烷的浓度值，并相应的触发报警动作。 固定式甲烷泄漏检测报警仪技术参数：
产品型号：ERUN-PG51M3
检测气体：CH4
量程分辨率： 精度误差：≤±2%F.S.（更高精度可订制）
显示方式：报警器1.7寸彩屏现场显示浓度值；控制器主机9寸彩屏值班室显示浓度值
报警方式：现场声光报警，值班室声光报警
数据传输：4-20mA、RS485，可选无线传输
防护功能：IP65级防水防尘
防爆功能：隔爆型，Ex d ⅡC T6 Gb级防爆

以上就是关于液氧甲烷火箭发动机优缺点的相关介绍，液氧甲烷有一定优势，尤其是对多次复用价值，下一代人类火箭，必然往可回收方向发展，因而世界各国都在重点研发液氧甲烷火箭。此外，由于液氧和甲烷的温区接近，两种推进剂贮存及保温可以采用同样的方案和工艺手段，利于简化系统，减轻结构质量。而在甲烷的储存仓室及加注现场安装使用甲烷泄漏浓度检测报警仪器就可以实现连续实时在线监测环境空气中泄漏积聚的甲烷浓度值并超标报警的作用，避免发生燃爆等危险事故。