世界各国核动力火箭发动机（被喷不如美国70年前）

9月5日，中国航天科技集团发布消息称，专为长征9号超重型运载火箭，自主研制的末级YF-79闭式膨胀循环氢氧发动机在京成功试车，这不仅标志着长征9号三级液体火箭动力中，推力最小、技术难度却最高的闭式膨胀循环氢氧火箭发动机，我国终于啃下了这块硬骨头，同时也标志着我国已经成功研制出世界上推力最大的闭式膨胀循环氢氧火箭发动机。

的确看到这个消息我想每个中国人内心都是激动的，都是激情澎湃的，毕竟在中美两国先后宣布实施载人登月计划后，眼下美国的SLS登月火箭在前几日都已经矗立在发射台，在经历两次发射暂停后，仍然计划10月中旬发射。

而作为对比，我国同样用于实施载人登月的运载火箭中，不管是起飞重量更大的长征9号超重型运载火箭，还是技术难度更低的921载人登月火箭，现阶段仍然没有看到任何准备首飞的消息。

所以在官方公布我国成功完成长征9号核心动力中，技术难度最大的YF-79氢氧闭式膨胀循环液体火箭发动机热试车后，也意味着距离长征9号首飞的时间越来越近了。因为此前官方就已经公布过长征9号一级的YF-130型480吨级液氧煤油火箭发动机和二级的YF-90氢氧火箭发动机都已经研制成功，在等新的专用试车台竣工。

但是在官方公布这一消息后，虽然在底下的评论很多都是称赞，但仍然有不少网友，不知道是见不得我国的航天实力进步、还是见不得自己好？明明官方都已经表明此次试车成功的YF-79氢氧火箭发动机，是世界上推力最大的闭式膨胀循环氢氧火箭发动机了，但某些人却说：加油！差一点就赶上RL10A-3C，也就是美国70年前的水平了。就连日本的氢氧发动机都100吨了，中国还在25吨有些落后哦。那也就是说：我们的YF-79还不如美国70年前的RL-10系列氢氧火箭发动机，更不如日本100吨级的氢氧火箭发动机了，难道真的是这样吗？

首先来了解一下这个所谓的RL10A系列氢氧火箭发动机，这款发动机冷战时期，美苏太空争霸时期，美国专为土星五号超重型登月火箭而研制的，被用于火箭第二级，当时安装了6台。因为该发动机具有比冲高、推力大、且具备多次点火的能力，所以在土星五号退役后，经过改进升级后仍然被用于包括半人马座上面级、德尔塔4上面、乃至最新准备发射的SLS超重型登月火箭上面级都有采用RL10系列液体火箭发动机。

其实从性能表现来说的话，我国刚刚热试车成功的YF-79火箭发动机，无论是循环模式、还是最大输出推力都要比全球范围内、已知任何一款氢氧火箭发动机先进的多，包括美国的RL10A在内。具体来说的话，首先从循环模式来说，液体火箭发动机要想产生更大推力输出，就要在单位时间内混合两种不同的液体燃料，然后产生更强的推力输出。但液体燃料依靠重力显然无法快速进入燃烧室混合燃烧，所以就出现了最早的挤压循环模式，就是在燃料箱中增加高压气体，使得燃料被挤压进燃烧室，但这种模式虽然结构简单，但混合速率有限，实际推力并不大。

所以就出现了燃气发生器结构的开式循环模式，就是先让两种燃料在预燃室小流量混合燃烧产生高温燃气，然后让高温燃气推动涡轮泵，继而将两种燃料泵压后进入燃烧室，产生更大的推力输出，像美国猎鹰9火箭的梅林系列就是典型的燃气发生器结构的开式循环模式。

开式循环虽然结构简单，但用于推动涡轮泵旋转的高温燃气被白白浪费，也会造成推力损失。那如果将推动涡轮泵旋转后的高温燃气继续送入燃烧室进行二次燃烧，不光能够降低推力损失，而且还能增加推力输出，这种循环模式就叫闭式循环、也就高压补燃、分级燃烧循环模式。

这种闭式循环模式虽然推力大，但是缺点也不小，因为涡轮泵是通过高温燃气高速转动的，那为了保护涡轮泵叶不被高温燃气烧蚀，就要采用富氧或富燃燃烧模式，也就是要么多泵入液氧、要么多泵入燃料以此来降低燃烧温度，继而保护涡轮泵正常工作。多泵入液氧就会因为过高的温度烧蚀涡轮泵、甚至直接结构件高温熔化而爆炸，所以大部分液体火箭发动机仍然采用的是富燃燃烧模式，也就是多泵入燃料来产生更大推力。但这种循环模式对于液氧煤油火箭发动机并不友好，因为多泵入煤油燃料的话，就会因为煤油在高温下结焦而堵塞燃料喷管，所以就只能采用富氧燃烧模式（苏联自己发现了含硫量很低的煤油油田，所以其研制的RD170/171、RD180液氧煤油火箭发动机仍然推力可以很大）。

但对于其他国家而言，因为自己没有含硫量很低的煤油可用，所以只能采用富氧燃烧模式，但富氧燃烧会存在两个问题，一个是氧气密度很低，无法和燃烧使用同一个涡轮泵体，只能设置双腔室结构，就会造成结构复杂、重量大，可靠性降低，同时氧气一旦发生泄露，就会直接爆炸。

到现在最新、也是循环效率最高的就是全流量分级燃烧循环，也就是单独设计两个燃烧室，一个用燃料驱动、一个用液氧驱动，这样两种涡轮泵可以工作在各自最佳转速下，同时相互独立结构也使得其不会轻易发生燃料泄露问题，当然唯一缺点就是技术难度非常大、且结构非常复杂，所以现阶段只有SpaceX最新研制的猛禽液氧甲烷火箭发动机成功（但燃料只能是甲烷和液氧）。

而我国的YF-79氢氧闭式循环膨胀火箭发动机，工作原理简单来说就是：全部液氢由氢泵加压进入燃烧室壁结构再生冷却加热成气态氢，然后推动涡轮旋转后进入燃烧室作为燃料。因为推动涡轮的动力来自于氢加热后的高温膨胀气体，所以这个方式被称为膨胀循环。涡轮泵与氢泵直接连接，同时通过一个减速齿轮结构驱动氧泵，液氧则通过氧泵加压后直接进入燃烧室。驱动完涡轮泵旋转后的高温膨胀气体最后进入燃烧室进行二次燃烧，不会造成推力损失，所以也被称为闭式循环，而这种同时集成了膨胀循环、闭式循坏的YF-79也被称为闭式膨胀循环氢氧火箭发动机。

最后就是YF-79真的不如美国的RL10A系列发动机、以及日本吗？

其实RL-10在上世纪60年代开始应用时，其最大推力输出只有67千牛，也就是不到7吨的推力输出，一直到去年最新改进版本的RL10C1-1才通过延长喷管等方式，将最大推力提升到了106千牛，也就是10吨推力。同时得益于喷管的延长，也使得其比冲从之前的425秒提升到了453.8秒。

而我国最新热试车成功的YF-79液氧火箭发动机，目前公布的推力输出是250千牛，最大比冲是455.2秒，光是这两项数据就已经超越包括RL10C1-1火箭发动机了，毕竟推力250千牛已经是美国RL10C1-1的2.5倍，比冲更是比后者高一些。特别是需要注意的是，这次热试车成功的YF-79并没有使用二级延伸喷管，如果加上二级延伸喷管的话，推力和比冲还会有小幅度提升。

其实美国在航天发展历程中，也想研制推力更大的闭式循环膨胀火箭发动机，这就是美国普惠早在上世纪90年代就开始研制的27吨级RL-60氢氧火箭发动机，这款发动机据称最大推力高达27吨，最大比冲高达456秒。但是时至今日根据普惠公布的数据来看，这款发动机仍然因为技术故障而无法出现。

所以美国只能在包括最新的SLS超重型登月火箭上一直使用RL10系列火箭发动机。当然用得历史悠久、并不代表这款发动机的性能就依然先进，或许只是这款发动机的推力依然能够满足美国一直以来的航天发射需求，同时研制、试验一款氢氧火箭发动机，无论是从研发成本、技术难度、还是试验周期来说，至少都要10年以上，所以这或许也是RL10A氢氧火箭发动机，从1963年被首次应用以来，一直沿用至今的核心原因。

至于日本的100吨级氢氧火箭发动机，指的就是安装在H2B运载火箭上的LE-5A氢氧火箭发动机，这款发动机的确海平面推力高达140吨级，而且使用的也是液氢液氧燃料，是比我国最新研制的YF-79大得多，但这款发动机使用的是循环模式最为简单的开式循环模式，虽然推力大，但推力损失大、比冲也很小，比如其虽然使用的是理论上比冲最大的氢氧燃料，但实际比冲只有447秒，而我国的YF79最大比冲高达455.2秒，后期正式安装发射时，配套上延伸喷管，推力和比冲还能更进一步提升，所以官方说YF-79是世界上推力最大、性能最先进的闭式膨胀循环氢氧火箭发动机，是有事实依据的。