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