中国火箭发动机补课20年啥水平？刚入门

一箭穿云惊浩宇，九天揽月灿星河――长征系列液体运载火箭之小结关于中国新型液体火箭的意义在长征系列新型运载火箭即将首飞的时刻，国内部分媒体报道，将长5/6/7新型系列液体火箭和发动机，特别是长征5号称为“世界先进水平”、“世界一流水平”，兵器迷并不这样乐观。从前面四篇的描述可以看出，在1990年后，中国有限的航天资金，主要集中在载人航天（神州和天宫系列）上

一箭穿云惊浩宇，九天揽月灿星河

――长征系列液体运载火箭之小结

关于中国新型液体火箭的意义

在长征系列新型运载火箭即将首飞的时刻，国内部分媒体报道，将长5/6/7新型系列液体火箭和发动机，特别是长征5号称为“世界先进水平”、“世界一流水平”，兵器迷并不这样乐观。

从前面四篇的描述可以看出，在1990年后，中国有限的航天资金，主要集中在载人航天（神州和天宫系列）上。因此液体火箭长发动机时间以四氧化二氮/偏二甲肼燃料为主力，发动机最大地面推力在70吨左右徘徊，几乎20年没有出过新型火箭正式型号。因此不要说是比美俄两国，就是比日、欧的100吨级产品，也已经有很大差距。印度在这20年里，也追得很快，某些方面并不弱于我们。

纵向比较，即以我们自身讲，神州5/6/7三个液发新箭和YF-77/YF-100两个新发，的确是具有突破意义的进步。氢氧发动机真空推力从8吨到70吨，煤油机增推60%，上了100吨大关。对于后续中国航天的载人空间站、重型通信卫星和探月计划的支撑将会非常给力，这些当然都值得充分肯定。

但横向比较，就是今年新箭都首发成功，真空推力130吨的煤油机YF-100与近半个世纪前美国690吨的F1、近30年前苏联800吨RD170如何相提并论；真空推力70吨的氢氧机YF-77又如何与14年前美方真空推力344吨的RS-68比肩？

不乐观，不悲观，要客观。

兵器迷的判断是这样：我们肯定自身的进步。同时必须清醒的认识到，这样的进步，也仅仅是让我们在20多年后重返运载火箭第二集团而已，补课的意味非常浓厚。

私下说：我们再不补这个课，就快要不入流了（2020年的三大任务都完不成），哪里谈得到什么“世界一流”？

关于氢氧机和煤油机的技术路线之争

有些媒体报道YF-100时，宣传中国是俄罗斯之后第二个掌握高压补燃循环发动机的国家，连美国都望尘莫及。其实，高压补燃循环未必是最高大上的循环方式。兵器迷对这个问题做过相关讨论，现在再往深一层说几句。

液氢/液氧的能量密度高，推力室理论比冲比液氧/煤油高约1/3。所以氢氧机的比冲超过400秒是很轻松的事，而煤油机理论极限才390秒，实际工程上350秒就是天花板了。这就是为什么，追求高比冲的美国从1970年代以后就比较执着的选择氢氧发动机路线。大推力室（含燃烧室）、氢涡轮泵、氧涡轮泵、液氢除杂等核心技术都搞得定，美国先进的石化工业又为廉价液氢燃料铺平了道路。万事俱备之后，美帝愣是把别国通常仅仅用于上面级的氢氧发动机，搞成了RS-68这样的344吨大推力一级，没助推器直接起飞都没得问题。

那为嘛美国还要买俄罗斯的RD180呢？还是有搞不定的嘛，这就是价格。一般来说，氢氧发动机和燃料液氢，比液氧/煤油发动机和燃料煤油还是要贵一些。比如RD180比2000万美元的RS-68改型要便宜一半，所以美帝买毛子的货。再说，液氧煤油的推力虽然更大，但反正阿波罗计划后重型运载火箭需求少了，近地空间站用RD-180正合适。不过，2010年代后，看到中国的载人登月就要长出八字那一撇了，美国人又开始琢磨载人登火（星）。这下，重型推力的液氧/煤油才又有用武之地了。美国人也回头考虑重载煤油机了不是――到哪儿说哪儿，对吧。

而苏联正好反过来，氢氧机搞到200吨左右，就很难上得去了，大单室氢泵氧泵都搞不利索。而自家煤油机的大推力却可以轻松做到700-800吨，至今是全球最速激的一级动力。又是浮在石油上的国家，航天级精炼煤油那是取之不尽，所以才选择液氧煤油路线。同时在技术上用高压补燃来提高比冲，克服液氧/煤油的低比冲和煤油结焦积碳缺陷。

如此，才形成今天美俄各执液氢/液氧和液氧/煤油大推力发动机牛耳的局面。这个局面，是两个国家的不同液体火箭技术路线形成的，而并非美国一定达不到鹅毛这样的水平。反过来说，美国的氢氧机固然霸天，煤油机就真落后吗？人家为土星-5做过的690吨煤油机F1，到今天50年过去了。可放眼全球，除了美俄，谁敢说能做？

关于甲烷机

液氧/甲烷也是液体火箭。不过甲烷机还没有正式型号，本不在本文的讨论范围内。之所以再多谈几句，是因为2013年10月，航天六院的一则新闻说，101所的新一代60吨级火箭液氧甲烷发动机全系统首次点火试车获得成功，引起了部分网友的注意。有人评论说，甲烷机比较鸡肋，鼓舞士气也就罢了，发展型号不堪大用。

这话有道理，就连西安院的专业文献也认为：甲烷密度比冲比液氧/煤油发动机低，使用安全性也不如煤油；性能又比液氧/液氢发动机低。因此，看起来应用前途确实不明朗。

不过，甲烷也有其独特的优势：甲烷的冷却性能良好，再生冷却指数比煤油高75%，是仅次于液氢的再生冷却剂。比起液氢，甲烷可从天然气方便获取，沸点比液氢高90℃，成本比液氢低，相对密度比冲又高了约80%。比起煤油，它的结焦温度高、富燃燃烧积碳少、沸点低、重复使用时无需清洗。因此，液氧/甲烷发动机是可重复运载器较为理想的选择。与俄罗斯为单级入轨或重复使用而研制的液氧/煤油/氢三组元发动机RD-701和RD-704有一拼。

有朋友疑惑了：可重复运载器……什么的干活？

您要看这个词儿眼生，看看下面这张图，估计就想起来了，呵呵。

▲图：中国神龙空天机

据报道，中国有“神龙”和“遨天”两个可重复运载器项目。预计至少有一个2020年到达研制节点。这么看，说不定，甲烷机这鸡肋，哪天变鸡腿了，呵呵。

果真如此，中国的甲烷型号机，2020年见！

关于技术之外的因素

有些网友的技术功底很深，在探讨时对新技术推崇备至，兵器迷很佩服。

不过，就具体型号而言，除了技术，也还是要结合其他因素，比如需求、成本。

比如：印度的PSLV火箭，50吨级推力，近地轨道3.25吨。不要说比长5的LEO 25吨，就是比长2F的LEO 9吨，也是小巫见大巫啊。可就是这样一枚连网友们都不拿正眼看的极地卫星火箭，在3年前的2013年11月5日，将印度首个月火星探测器发射升空，亚洲第一。这样低的成本，这样低的技术，这样高的效益。同在亚洲超过印度几个身位的日本、中国，其实很值得反思。

再如：美国民营航天公司SpaceX的猎鹰9运载火箭，近地轨道LEO 22.8吨；地球同步转换轨道GTO 8.3吨。一级9台50吨级的煤油机Merlin发动机并联，开式循环。设计极致简约，与分级循环高压补燃什么的高技术完全绝缘。长径比达到让人惊讶的19，干质比超过25，完全突破行业经验值。网载SpaceX公司CEO埃隆・马斯克(Elon Musk)说造价只有1600万美元（原文如此），发射价格5400-6200万美元，比俄罗斯质子号的7000万-1亿美元要便宜很多。完全一副经济实用型的样子，业界评价是“将改变商业发射规则”。

当然，中国也在搞低成本发射，主要是小卫星领域。比如长征6号，基本型700千米高度国内测控太阳同步轨道SSO运载能力将达到0.7吨（全球测控1吨）。发展型长6A的SSO轨道的运载能力提高到4吨左右，通吃中小LEO轨道和SSO轨道发射市场。一个小型煤油机火箭的改型，就会让高大上的中型机长征7号很不舒服。为什么？成本低啊。

不过，螳螂捕蝉黄雀在后，长6盯着长7的地盘，长11还盯着长6的饭碗呢。长7首发5天后的2015年9月25日，中国固体小型火箭长征11号一箭四星荣耀首发，700KM轨道达350kg。350公斤，别嫌小啊，未来小卫星、微卫星的市场大着呢。何况长11就不能有增推型？

再加上长征11的测试-发射24小时急速快递，成本也超低：长11不要火箭发射场，不要勤务塔、不要脐带塔、不要导流槽，不要发射台――就能发射。

这位方了。那……要什么啊？

一片平地，就行。

意思就是：长11使用轮式转运车进行运输和起竖准备。至于有人说长11是脱胎于DF-31…….兵器迷可真不知道（严肃脸）。

重要的话说三遍：需求、技术、成本，要综合考量。如果仅仅是技术水平高，型号可不一定就能获得市场成功。

关于中国重型运载火箭规划

长征5号的近地轨道运载能力25吨，俄罗斯航天局在研的Angara A7运载火箭近地轨道运载40吨，但这些都算不上是重型运载火箭。

真正的重型运载火箭，是指火箭起飞推力在3000吨左右、近地轨道LEO运载能力在100吨以上的火箭（比如美帝的F1，鹅毛的RD-170）。

根据中国航天科技集团《2011年度社会责任报告》和2013年航天六院谭永华院长的介绍，中国未来的重型运载火箭为长征9号。长征9号的主要用途，将是载（多）人登月等小行星探测、远离地球的深空探测、大型近地轨道空间站（单件50-80吨）建设等用途。

该型火箭的主要发展构型设想为三级半，即：

-芯一级动力：8米直径（含4台500吨级液氧/煤油发动机）

-助推器动力：4*3.35米直径（各含1台500吨级液氧/煤油发动机）

-二级动力：2*200吨液氢/液氧发动机

-三级动力：2*50吨级液氢/液氧发动机（估计为YF-77）

其中的200吨级液氧/煤油发动机和500吨级液氧/煤油发动机，分别参见《第二篇》和《第三篇》中的讨论。

长征9号火箭起飞质量达到3000吨（长征5号基本型不到900吨），近地轨道LOE运载能力超过100吨。媒体报道说“这样的运载能力,在目前各国在研的新型运载火箭中，将仅次于美国的太空发射系统(SLS)重型火箭，其地轨道运载能力为130-150吨”。不过不要忘记，SLS的主要动力：RS25氢氧发动机，在2015年6月25日，已经在密西西比斯坦尼斯航天中心完成了首次的650秒RS-25氢氧发动机的测试。有底气的美国人，因此预计SLS火箭于2018年首发。而中国的长征9号、500吨级煤油机和200吨级氢氧机，还停留在远期规划的纸面上，尚未正式立项。

回首往昔，从仿制东风-1液体导弹开始，在近六十年的岁月里，中国液体火箭发动机和液体运载火箭，如同中国航天事业的一个象征，走过了坎坷艰难的发展历程。进入21世纪之后，中国航天发展速度明显加快。航天年发射次数2004年开始超过欧洲、2011年开始超过美国，在轨航天器超过100，稳居世界第二。2010年后至今，以长征5号、6号、7号新型液体运载火箭，和YF-77液氧/液氢发动机YF-100液氧/煤油发动机为代表，更是迎来了一波较新的重大突破。以一期年产12枚运载火箭的能力的天津生产基地和海南文昌发射基地为代表，运载火箭基础设施的步步夯实，也都历历在目。

展望未来，如果一切顺利，长征9号预计2030年首发――这个时间对于中国目前的技术水平，绝非一个宽松的时间表。而2016年长5和长7的首发成功，对于实现这个计划的实现是一个至关重要的起点。

航空航天强国，那是钱堆的，那是汗浇的，那是命拼的，那是一个真正大国的国家意志。

在中国的航空航天领域，有很多的落后需要去追赶；有太多的未知需要去探索；也必将更多的传奇将会被创造。

来路深深，前路漫漫。无论成败，无惧风雨，中国航天人的飞天梦想，永不褪色。

让我们祝愿，2016年长征系列新型液体运载火箭的首发圆满成功；

让这样的成功，为下一个十年中国的新一代重型卫星、嫦娥三期探月和载人空间站工程，拉开精彩纷呈的序幕；

让这样的成功，让更多这样的成功，为未来中国近地大型空间站建设、载人登月和宇宙深空探测，点亮一个数千年问天民族的伟大光荣，与梦想。

所有资料来自于互联网公开报道和公开出版物，如：

《中国液体火箭发动机》

《俄罗斯液体火箭发动机》

《液体火箭发动机技术发展》

《重型液体火箭发动机研究》

《液氧/煤油发动机》。

《液氧/甲烷发动机》

本文引用了网上的所有图片，均归原作者所有，一并致谢！