如何启动火箭发动机

液体燃料火箭发动机的工作原理是使燃料和氧化剂在高压下流入燃烧室，以便将物质高速从火箭喷嘴中喷出。虽然这些推进剂的混合方式有很多种（称为发动机循环），但它们都面临一个主要的技术障碍：火箭发动机如何承受运行压力？此外，在零法向力轨道环境中这是如何完成的？

启动液体火箭发动机是一个非常复杂的过程，需要管理发动机中所有阀门和泵的压力和温度，其中最小的错误都会导致发动机经历 RUD（快速、计划外拆卸）。

启动固体火箭助推器/发动机

到目前为止，启动最简单的火箭发动机是固体火箭助推器，它在工业中得到广泛应用。最值得注意的是，美国宇航局的太空发射系统和太空运输系统（航天飞机）使用了两个大型固体火箭助推器。由于固体推进剂是混合在固体污泥中的燃料和氧化剂，因此为了点燃固体发动机，需要少量的能量来启动燃烧。

在较小的火箭发动机（如业余爱好者发动机）中，这通常是通过电线短路、发热并点燃推进剂来完成的。然而，由于表面积的增加速度比体积的增加速度慢，较大的固体火箭发动机需要更多的能量来启动，因此需要使用某种形式的黑色火药，从电线中点燃，从而引起自持燃烧。

对于 NASA 的四段和五段 SRB（分别用于航天飞机和 SLS），它们使用 NASA 标准雷管（NSD），这是自双子座计划以来用于助推器分离、易碎螺栓或启动 SRB 的装置。

为了启动这些 SRB，信号被发送到两个完全冗余的 NSD，以确保两个增强器都能正常点亮。NSD 爆破薄薄的密封，然后点燃烟火助推装药。然后助推器装药点燃点火器中的推进剂，这就是沿着固体火箭发动机的整个长度点火的东西，同时点燃助推器核心的整个表面。

这凸显了固体的全部优点：它们超级简单且超级可靠。这也有缺点，例如无法关闭它们以及性能低于液体火箭发动机。

点燃液体火箭发动机

预处理发动机

在液体燃料火箭发动机启动之前，发动机必须做好准备以应对液体推进剂即将经历的极低温度。正如这里所讨论的，轨道火箭发动机不仅使推进剂穿过发动机壁以防止燃烧室熔化，而且泵本身每秒向上流动数千升的低温推进剂，这使得金属、阀门和轴承脆且容易发生故障。对于使用 RP-1 和液氧（称为 kerolox）运行的发动机尤其如此，对于液氢和液氧（称为 Hydrolox）或液甲烷和氧（称为methalox）的发动机尤其如此。

大多数液体燃料火箭都是上述推进剂组合之一。RP-1和LOx的例子有SpaceX的Merlin、土星五号强大的F1发动机、火箭实验室的卢瑟福、阿特拉斯五号的RD-180、联盟号的RD-107和RD-108发动机、萤火虫的Reaver和Lightning发动机等等。

该行业一直在慢慢地转向下一代火箭推进剂：甲氧灵。如前所述，CH _{4是 keralox 和 Hydrolox 之间}的良好中间立场，以适度的比冲产生适度的推力。大多数即将推出的火箭发动机都使用甲氧苯，包括 SpaceX 的 Raptor、Blue Origins BE-4（将在 ULA 的 Vulcan 火箭和 Blue Origin 的 New Glenn 上飞行）、Relativity 的 Aeon 发动机、朱雀二号的 TQ-12 和阿基米德发动机火箭实验室的中子。

许多火箭发动机都使用 Hydrolox 将温度降低到极低的深度。由于氢气的沸点为 -252°C 并且密度非常低，这些发动机非常难以启动。其中一些发动机包括航天飞机和 SLS 上的 RS-25、Atlas、Delta、SLS 和即将推出的 Vulcan 上飞行的 RL-10 变体、土星五号上的 J-2、Energia 上的 RD-0120s、或 Delta 上的 RS-68A。此外，斯托克航天公司即将推出的发动机也将使用 Hydrolox 运行。

然而，在通过使推进剂流过发动机来调节发动机之前，必须对其进行净化。该过程通常涉及在整个发动机中喷射气态氮，净化管路以消除气穴和湿气。这很重要，因为在引入制冷剂之前管线中的任何水蒸气都会冻结，从而对发动机造成损坏，可能堵塞孔口并损坏密封表面。

在氢发动机的情况下，由于液态氢的温度足以冻结氮气，因此系统中任何剩余的氮气都会导致这些问题，从而加剧了这个问题。更糟糕的是，此类故障很难调查，因为固体在任何人能够访问现场之前就已经融化了。

冷静

根据发动机的不同，冷却开始的时间也有很大不同。例如，猎鹰 9 号上的九个 Merlin 发动机在 T-7 分钟开始冷却，而 SLS 上的 RS-25 在发射前几个小时开始冷却。此事件通常与网上的“发动机冷却”或“发动机冷却”标注配对。

接近 T0 时，火箭将从惰性气体过渡，并开始以低流速使一些推进剂流过系统，并开始对发动机进行热调节，使其达到低温。这个过程出奇地简单，因为火箭的储罐以相对较高的压力（通常为三到六巴）储存推进剂。因此，一些阀门可以打开，来自油箱的压力将确保推进剂从油箱流经发动机。

根据发动机、火箭和地面系统的不同，经过发动机的推进剂可能会排放到空气中。对于液氧来说尤其如此，液氧排放到大气中时不会造成任何风险。然而，对于CH ₄和H ₂，通常会再次冷却成液体或在火炬烟囱中燃烧，以减少它们对大气的影响。

发动机冷却不仅是为了保护自身免受冷推进剂的影响，还可以保护推进剂免受热发动机的影响。如果推进剂在到达泵中的叶轮之前沸腾，可能会导致气蚀（液体中出现小气泡）。这些气泡会剥落泵上的材料并损坏叶片。SpaceX 首席执行官兼首席技术官埃隆·马斯克在《Everyday Astronaut》的 Starbase 之旅中谈到了这一点：

但是，这些气泡不仅会因碎裂而损坏泵，而且还会导致泵超速，这意味着它们向燃烧室输送的推进剂数量不正确。这可能会导致发动机在化学计量条件下燃烧，从而向发动机释放最多的热量，从而损坏甚至毁坏发动机。

这个冷静的过程绝对是至关重要的。事实上，SLS 在 2022 年 8 月的发射尝试也因此被取消；3 号发动机的温度传感器并未显示发动机已冷却至所需温度，导致当天的发射被取消。后来证明，该数据是由于传感器故障而不是发动机未处于运行温度造成的。

例外情况

尽管如此，冷却过程也有例外：自燃。自燃推进剂是那些在相互接触时燃烧的推进剂。火箭技术中使用的自燃剂具有高沸点，这意味着它们可以保存在室温下。因此，发动机不需要冷却。

显然，这对于许多通常使用联氨运行的洲际弹道导弹及其衍生火箭来说有其优势。燃料可以是不对称二甲肼、肼或一甲肼，氧化剂是四氧化二氮。

美国对自热火箭的使用受到限制。泰坦二号上的 LR87 和德尔塔二号上层的 AJ-10 都是自燃的。也就是说，双曲火箭在苏联非常流行，这可以从这篇文章中看到。此外，中国的许多运载火箭都使用自燃材料，但它们正在慢慢改变这种方式。

旋转起来

在对发动机进行启动预调节后，下一个目标是使泵旋转。为此，工程师必须考虑宇宙最基本的定律之一：压力从高压流向低压。为了确保火焰不会通过系统向后发送（这会导致灾难性故障），发动机上游的压力必须非常高。事实上，对于某些发动机（例如 SpaceX 的 Raptor），上游压力可能接近 1,000 bar！

最简单的发动机循环是压力发动机。由于推进剂已经在高压下储存，只需打开阀门即可使推进剂在必要的工作压力下流入燃烧室。

也就是说，压力供给发动机不足以将物体从地球表面送入轨道。因此，需要配备涡轮泵的高功率高压发动机。在大多数发动机中，涡轮仅通过一台涡轮即可产生数十万马力。该涡轮机当然是由气体发生器或预燃器旋转，并由泵供给燃料。这就产生了一种硬动态，即涡轮必须旋转才能将推进剂移动到预燃器/气体发生器，但预燃器/气体发生器必须燃烧才能旋转涡轮。

绕过这个问题的最简单方法是使用电动机来驱动涡轮机，这是由火箭实验室的卢瑟福发动机完成的。那么，这不是问题。但这对于较大的发动机来说是不可行的，例如 RS-25，它在全油门时需要 100,000 马力来旋转涡轮。

更重要的是，RS-25 的燃料预燃器可提供每公斤 200 马力的功率，这凸显了电动机不实用的原因。

预燃器/气体发生器的旋转通常是通过使用高压气体使泵旋转来完成的。这可以由机载系统（例如 COPV 中存储的氦气）提供，也可以由地面服务设备提供。使用 GSE 旋转发动机是有利的，因为它消除了火箭的质量和复杂性。

无论哪种情况，高压氦气或氮气都会被泵入气体发生器/预燃器中，以使涡轮机以运行速度旋转。在短时间内，发动机的泵基本上由冷气体推进器提供动力，效率非常低。或者，一些发动机使用小型固体或自燃发动机，在短时间内充当气体发生器。

然而，由于这些系统的比冲较低，您不希望让发动机运行超过必要的时间，因此只有在发动机能够自我维持燃烧之前才会这样做。这意味着对于需要多次启动的发动机（例如上级的发动机可能需要燃烧多次才能到达所需轨道或推进着陆），火箭必须携带足够的氦气来旋转发动机。

自举

然而，还有另一种启动火箭发动机的方法，不需要单独的源来使泵加速。这个过程称为自举（或油箱头/死头启动），仅使用油箱压力和推进剂与发动机之间的热差中存储的能量来小心地点燃发动机。为此，预燃器（为涡轮机提供动力）将由于氢气流经预燃器并沸腾而开始旋转。这会增加压力，开始旋转涡轮。然后，随着一些氧气的进入和预燃器的点燃，一场非常微妙的舞蹈开始了。起初，燃烧非常微弱，但随着预燃器中的压力升高，泵旋转得更快，为预燃器提供更多燃料，导致压力升高，泵旋转得更快。这样做直到发动机处于工作压力。

此过程用于 RS-25（航天飞机和 SLS），其中 RS-25 高压燃料涡轮泵必须在 1.25 秒内达到 4,600 RPM，以便发动机有足够的推进剂流量来点火主燃烧室（MCC）。此外，Relativity 已经成功启动了他们的 Terran 1 飞行器的第一级，Firefly 的前首席执行官 Tom Markusic 在接受 Everyday Astronaut 采访时提到，Firefly 正在考虑尝试启动 Alpha 的第二级。

由于需要精确控制，空头启动是一个极其复杂的过程。但考虑到发动机启动时处于瞬态：关闭和全油门点火之间的时间，这就变得更加复杂。

瞬变

瞬态可以最好地概括为“中间时刻”。对于火箭发动机来说，是指固定发动机和全功率运行之间的时间。此外，任何时候发动机改变油门设置都处于瞬态。但是，一旦发动机处于稳定状态，保持运行就相对容易。

由于前面描述的先有鸡还是先有蛋的情况，这些瞬变使得启动发动机变得非常困难。以引导 RS-25 为例：由于撞击发动机预燃器而瞬间沸腾的液体在变成气体时会膨胀。这种膨胀是涡轮机开始旋转的动力。然而，这种压力也会对系统的其余部分施加背压，减慢推进剂的流动。然后，随着沸腾减少，流量将再次增加，在那里它将沸腾，再次导致同样的情况。对于 RS-25，这种情况每秒发生两次。

更糟糕的是，行动和反应之间经常存在延迟。如果这些压力波过于极端，压力梯度可能会倒流，导致启动顺序停止或炸毁发动机。

此外，每当阀门打开时，压力都会发生变化，从而影响流量。整个发动机启动过程中充满了这些反馈回路，使得火箭发动机的启动成为一项了不起的工程壮举。

点火过程

地面点火

现在发动机已经准备好发射，推进剂开始流向发动机。然而，这仅占点火三角形的三分之二，点火三角形由燃料、氧化剂和点火源（通常以热的形式）组成。但是，让事情变得更加困难的是，点火过程中的任何轻微错误都可能导致“硬启动”，即推进剂以错误的比例、错误的时间或错误的地点燃烧。最糟糕的硬启动可能会使发动机压力过大，导致高能爆炸，从而损坏发动机，甚至可能损坏车辆。

在发动机被点燃之前，推进剂必须在燃烧室中混合。这是通过专门设计的注射器完成的，《每日宇航员》将在未来制作有关该注射器的视频/文章。如果推进剂混合不均匀，发动机就不能稳定燃烧，导致发动机爆炸。

最容易点燃的发动机是自燃发动机，因为根据定义，它们在接触时点燃。然而，这显然是任何液氧发动机都无法做到的。

第一种也是最简单的发动机点火方式是苏联对 R7 所做的，以及俄罗斯至今对联盟号所做的。他们在每个燃烧室的顶部放置了带有烟火的大型木支架。然后，当这些被点燃时，发动机就会点火。虽然不优雅但很实用，但它有一个主要缺点：这无法在太空中完成。

许多发动机使用在间隙上产生火花的电流来点燃发动机。然而，这需要大量的电源，必须由大型电池或 GSE 提供。类似地，可以使用火花点火器，它只需加热线圈，直到其热到足以点燃推进剂。这类似于柴油发动机中的电热塞。

另一种尚未在任何轨道火箭上使用的点火技术（据我们所知）是使用受激辐射（激光）的光放大来点燃推进剂。这有可能比上述点火技术更有效，但也增加了复杂性。

但是，还有另一种选择：使用自燃液体（最常见的是 TEA-TEB，一种含氧过高的液体）。这样做的优点是它们质量轻并且非常可靠。例如，Falcon 9 使用 TEA-TEB 来启动其发动机。当 Falcon 9 点燃发动机时，明亮的绿色闪光可以看出这一点。TEA-TEB 使发动机的点火变得容易，因为您将 TEA-TEB 注入发动机，然后一旦氧气开始流动，它就会点燃，从而启动发动机。

在 Falcon 9 上，用于在发射时点燃发动机的 TEA-TEB 由 GSE 存储。Merlin 真空发动机和三个着陆发动机（E1、E5 和 E9）具有 TEA-TEB 罐，用于储存飞行中发动机点火所需的液体。

使用 TEA-TEB 点火有一些缺点。首先，它是消耗品。这意味着每次飞行之间都必须重新装载。其次，它相当昂贵，与猎鹰9号的RP-1成本大致相同。

SpaceX 的新型猛禽发动机采用了混合方法，使用火炬点火器（也称为增强火花点火器），类似于用于点燃蜡烛的打火机。它使用较小的火花点火器，然后使用甲氧灵来让火炬燃烧。它本身几乎就像一个用火花点火器点燃的迷你火箭发动机。该火炬在启动过程中保持点燃状态。

此过程用于点燃 Raptor 的两个预燃器，但不点燃 MCC。事实上，MCC 没有点火器。尽管在《每日宇航员》对埃隆·马斯克的采访中，他对如何点燃 MCC 守口如瓶，但人们认为 SpaceX 正在摆脱均质燃烧——甲烷和氧气相互接触时的自燃。猛禽能够逃脱这个惩罚，因为它是 FFSC——这意味着两种推进剂都以热气体的形式到达 MCC。

太空点火

在太空启动发动机还有两个主要的额外挑战。首先，没有地面保障设备。这意味着所有点火系统的质量必须集中在车辆上。其次，也许更重要的是，飞行器不在惯性参考系中，并且受到地球引力的影响。这意味着液体推进剂位于储罐的底部，只有每个储罐的顶部有气体。

然而，当飞行器在太空中（并且不启动发动机）时，它位于惯性参考系中（因此法向力为零）。因此，推进剂只是漂浮在油箱中，而不一定是在发动机入口处。因此，要在太空中启动火箭发动机，必须首先确保推进剂位于燃料箱的底部。为此，最常用的是损耗推进器。这是使用小型固体火箭发动机或冷气体推进器来沉积推进剂的情况，因为固体火箭发动机和冷气体推力可以在惯性参考系中发射。

例如，土星 1B 和土星 V 使用空量推进器不仅可以分离级，还可以沉淀推进剂。这个序列导致了 S-IVB 点火的标志性图像：

使用冷气体推进器是最常见的解决方案，因为它们很容易重新启动——如果一级要进行多次燃烧才能到达其所需的轨道，这是必要的。事实上，即使猎鹰 9 号的第一级也有两个推进剂沉降推进器，它们在助推返回和再入燃烧之前使用；它们在着陆燃烧之前不会被使用，因为舞台已经从大气层中迅速减速。

许多航天器由于使用自燃物质而不需要空量推进器。例如，SpaceX 的龙飞船使用高压储存的双曲线推进剂。这样，Dragon 就可以快速发射 Draco 推进器，从而非常精确地控制车辆。液体自燃剂储存在推进剂管理装置中，该装置是带有气囊的球形储罐。虽然龙上没有使用，但一些圆柱形坦克可以使用活塞，在使用时将推进剂向前推动。

然而，在没有任何这些方法的情况下，仍然有最后一种方法可以在太空中点燃发动机：热点火。联盟号、质子号和一些泰坦火箭都使用热分级，即上面级的发动机被点燃，而下面级仍在点火。

RS-25 的点火

为了理解上面讨论的一切，我们将分析航天飞机 RS-25 发动机的点火顺序。本节部分基于罗伯特·E·比格的《航天飞机主发动机第一个十年》。对于本节，需要了解RS-25 的富油闭式循环发动机循环。

RS-25 有两个预燃器。由于燃料丰富，两个预燃器都富含燃料，这意味着所有燃料都流经预燃器，其中一个为氧气泵提供动力，另一个为燃油泵提供动力。此外，氧气侧还有一个小型增压泵，为预燃器提供运行所需的高压液氧。

该发动机具有将油箱连接到发动机的预阀和主燃料阀，该主燃料阀为预燃器和再生冷却通道供油。再生系统有一个称为腔室冷却剂阀的单独阀门，可以对其进行节流以在 MCC 和再生系统之间重新引导燃料。

共有三个氧气阀，其中一个为三个燃烧室（MCC 和预燃器）中的每一个提供氧气。最后，还有一些再循环管道，将沸腾的气态推进剂送回储罐或将其排放到大气中。

RS-25 还增加了备用点火器 (ASI)，以完善点火三角。一共有三套，一套在每个预燃器中，一套在 MCC 中。ASI 拥有自己的燃料和氧气供应管线，并且是第一个在系统中接收推进剂的装置。

虽然发动机周围显然还有许多其他管道、管道和传感器，但要理解发动机点火的核心概念，这种简化就足够了。

预处理

如上所述，第一步是净化和热调节发动机。RS-25 进入“启动准备阶段”；在此阶段，发动机的氧气侧使用氮气清除水分，燃料侧使用氦气清除。现在发动机已无湿气，可以对发动机进行热调节以进行启动。为此，主燃料预阀打开，允许液态氢流过燃料泵并进入主燃料阀。一些推进剂被再循环，以便将一些氢气倾倒到船外或将其泵回燃料入口。

通过打开氧气预阀，氧气充满发动机的氧气侧，使低温推进剂流过氧气泵和三个阀门。这些阀门在启动期间需要非常精确地控制，作为向 MCC、燃料预燃器和氧气预燃器供气的主氧气阀。氧气也会再循环，并且在燃料预燃器氧气阀处有一个放气阀，允许将一些氧气倾倒到船外。推进剂在发动机内保留一个多小时，以充分调节发动机的启动状态。

在整个过程中，主机计算机每秒监控压力和温度 50 次。点火前四分钟，在主燃油阀下游用氦气进行最后一次发动机吹扫。假设发动机控制器认为所有数据都正常，计算机将进入“发动机就绪”状态。

点火顺序

发动机启动前三秒，氧气和氢气管路的放气阀关闭，发动机等待启动命令。一旦收到此命令，首先发生的事情是主燃油阀完全打开。该阀门大约需要 2/3 秒才能完全打开。

此时，尽管按照绝对标准，发动机相当冷，但从液氢和液氧的角度来看，下游是温暖的。这意味着当液态氢流入下游发动机时，它几乎会立即汽化成气态氢。来自发动机潜热的能量足以开始旋转涡轮，这本质上就像膨胀循环发动机一样旋转。如前所述，这称为自举或无头启动。

这导致热力学不稳定。当推进剂闪蒸时，它会产生无法控制但可预测的振荡。这个问题很难解决，因为一切都有延迟反应，所以发动机控制器需要知道启动过程中何时发生压力振荡。

这些振荡发生大约 1.5 秒，直到 MCC 达到所谓的初始值。在本例中，启动期是指喷射器每一侧的质量流量稳定时。当泵和燃烧室之间存在稳定的流动时，这会发生在所有三个燃烧室中。

回顾一下，在主燃料阀打开的同时，ASI 已通电并准备点燃它们接触到的任何推进剂。

既然燃料已被引入系统并开始使涡轮机旋转，则必须引入氧气。首先接收氧气的是燃料预燃器内的点火器。当 LOx 阀门开始打开时，系统开始让液氧流过预燃器；当燃料预燃器氧气阀开度仅为 5% 时，LOx 会直接进入点火器。

阀门开始打开和氧气开始流入点火器的时间与压力振荡期间压力的第一次下降完全一致。这确保了氧气和氢气的混合比例是正确的，并且燃烧的第一阶段将得到控制。

从这里开始，燃料预燃器氧气阀必须“驾驭这些振荡的波浪”，以跟随系统的高点和低点——这需要阀门进行大量的小运动。而且，由于阀门打开和下游发生的事件之间的延迟反应，它们无法对压力振荡做出反应，因此必须精确记录每次振荡。事实上，对于这一时期的每一次阀门运动，我们都可以放心地假设有一台发动机爆炸了，必须做出改变。

此时，泵快速旋转，系统在所有三个室中更接近达到平衡（达到初始状态）。发动机点火后1.25秒，计算机将对燃油泵涡轮进行转速检查。在测试过程中，发现泵的转速需要高于 4,600 RPM 才能进入燃料预燃器和 MCC 点火，否则，将没有足够的氢气压力来克服 MCC 的压力。

点火序列开始后 1.4 秒，当压力大幅下降，然后压力迅速增加时，燃料预燃器就达到顶峰。这会导致燃油涡轮机快速旋转；事实上，来自MCC的涡轮机之后实际上还没有背压，因为此时它还没有达到最高点，所以涡轮机的加速速度快得离谱。如果无人看管，涡轮机实际上会超速，导致灾难性故障。因此，确保 MCC 在正确的时刻达到顶峰对于提供必要的背压非常重要。

通过首先旋转燃油涡轮和泵，确保整个系统具有更高的燃油压力和比率，确保发动机具有冷且富燃油的启动。虽然发动机的燃油不能太丰富而无法点燃，但最好保持燃油过于丰富，而不是接近化学计量条件。

回到发动机启动后 0.2 秒，MCC 的氧气阀将开始打开，使氧气流入 MCC 点火器。MCC 阀门缓慢打开，开度略低于 60%。延迟和缓慢的打开速度确保MCC的点火器在发动机启动后0.85秒内有氧气。这可确保发动机燃油充足。

MCC 在 1.5 秒时达到顶峰，这会导致 MCC 中的压力迅速升高，从而防止燃油涡轮机因背压增加而导致涡轮机阻力增加而超速。

退后一步，氧气预燃器阀门的初始打开时间为 0.12 秒，但其设计方式是初始打开即可为氧气预燃器点火器提供动力。这使得氧气预燃器点火器能够在 0.95 秒内点燃，仅比 MCC 点火器晚十分之一秒。氧气预燃器阀门设计为在打开 46% 之前不会真正开始让氧气流过氧气预燃器。

再次强调，氧气流量通常是保守的，这一点非常重要。这是一个谨慎的平衡，既要为系统提供足够的氧气来开始燃烧，又要为发动机提供运行所需的动力，但又不能提供过多的氧气，否则发动机会开始稀薄运行并经历破坏性的温度。类似地，氧气预燃器阀门有助于控制氧气预燃器的功率，氧气预燃器控制氧气泵涡轮的速度，从而控制氧气系统中的整体压力。因此，一个阀门实际上对整个发动机有着巨大的影响。

氧气预燃器是三个燃烧室中最后一个在 1.6 秒达到顶峰的。发动机启动后 1.7 秒，主机计算机验证所有三个燃烧室均已正确点火并正常运行。在此阶段开始时，发动机的所有三个燃烧室均已点燃并已启动，MCC 约为其额定功率水平的 25%，但远不稳定。

为了提高稳定性并增加腔室冷却剂阀的安全裕度（此时该阀处于完全打开状态），将其节流至 70%。这会在 0.4 秒内迫使更多燃料进入 MCC，这有助于吸收压力和温度的变化。

在序列进入 2.4 秒时，计算机进入闭环控制，这意味着在上升到额定功率水平的其余过程中，主机计算机实际上对压力和温度做出反应，并进行相应的调整以遵循以下路径：斜坡上升。其中大部分是通过控制氧气预燃器氧气阀来完成的，因为如上所述，这对发动机有很大影响。

在接下来的 1.4 秒内，燃料预燃器氧气阀只是遵循氧气预燃器阀的功能，按比例向燃料预燃器提供适量的氧气。3.8 秒时，系统进入完全闭环混合控制，这意味着仅使用燃料预燃器和氧气阀来将 MCC 中的正确混合比提升至 6:1，这应该在 5 秒后发生，并且意味着发动机已完全达到工作功率水平。

所有这些都造就了 RS-25 闻名的华丽震撼钻石。回过头来看，这个问题解决起来有多么困难；事实上，仅仅为了完成启动的前两秒，就在 23 周内进行了 19 次测试，并更换了 8 台涡轮泵。在 12 周内又进行了 18 次测试，并更换了 5 次涡轮泵才达到全功率。

节流和关闭

启动并不是火箭发动机面临的唯一动态情况。一旦发动机在稳定状态下运行，发动机应该基本稳定。但是当发动机需要减速时会发生什么？根据发动机的不同，这会发生很大的变化，但通常，这是通过减少预燃器或燃气发生器的流量来完成的。这通常通过控制阀之一来完成，并且通常通过减少氧气流量来维持富燃料状态。

关闭发动机也是如此。这是另一个动态事件，一般规则是永远不要让发动机接近化学计量条件。由于发动机通常在富含燃料的情况下运行，这意味着首先减少氧气流量，然后减少燃料流量。

一般来说，发动机会尽快关闭，同时避免高负载。在 RS-25 上，初始氧气预燃器氧气阀运动限制为每秒 45%。主氧气阀也以特定的速率关闭，主要是为了确保涡轮机上有足够的背压，以便它们在关闭过程中不会意外超速。

猛禽

总的来说，令人印象深刻的是，每一个输入和条件都有如此多的考虑因素，特别是考虑到其中许多教训只能通过艰难的方式来学习。正是这种心态促使 SpaceX 如此迅速地测试其猛禽发动机。SpaceX 相信，只要让他们站上展台，而不是将他们视为一次性的金马，它就能学得更快。他们吸取了无数的经验教训，这些经验教训塑造了启动、节流和关闭期间的安全操作。除此之外，由于猛禽是全流分级燃烧（具有富燃料和富氧预燃器），两个预燃器更加交织在一起。改变其中一个的速度会对另一个产生非常直接的影响。

Raptor 的初始旋转是使用氦气或氮气完成的，但随后预燃器中有火炬点火器，并且 MCC 中可能有某种均质点火。从那里开始，有一个非常微妙的舞蹈让他们承受运营压力。这就是为什么 SpaceX 每天大约发射五次猛禽，以解决所有问题。

概括

启动火箭发动机非常困难。虽然有些公司比其他公司更容易，但很容易理解为什么公司可以轻松提出发动机概念，但很少有公司投入生产和运营。当一家公司分享它已经成功启动了一款新引擎时，这是非常值得掌声的，这意味着它可能已经克服了发展中最大的障碍之一。

启动火箭发动机可以像向点火器发送电信号以开始固体火箭发动机的点火一样简单，也可以像阀门必须在几毫秒内将其位置调整 2 度以避免发动机 RUD 一样复杂。人们想出了如何使火箭发动机如此可靠，这确实是一个奇迹。