长征9号，怦然心动！
兵器迷的天空 兵工科技数据党 4月23日
长征9号，怦然心动！
——浅谈长征九号的两型液体火箭发动机
中国航天2021年3月5日报道 ，500吨级液氧煤油火箭发动机全工况半系统试车取得圆满成功，作为目前世界上推力最大的双管推力室发动机，比120吨级液氧煤油高压补燃发动机推力增大了3倍，比冲提高了3%，推质比提高了25%。
图片图1：500吨级液氧煤油火箭发动机全工况半系统试车
上述新闻，让人回想起十天前，2021年2月24日，中国航天局副局长吴艳华接受央媒采访时表示：国家已经决定研制重型运载火箭。近日，中国工程院院士 国家航天局原局长栾恩杰又表示，重型运载火箭论证阶段基本完成，进入到立项的后续阶段，争取在十四五能够开始重型火箭的研究，未来我国将研制100吨级的重型运载火箭，以满足走向更深远太空的需求。
栾、吴两位局长口中的“重型运载火箭”，是指近地轨道运载能力超过100吨的火箭。火箭代号长征9号，预计2030年首发，起飞质量达到3000吨（长征5号基本型不到900吨），近地轨道LEO运载能力超过100吨，一说140吨。（长征5号不用于LEO发射，纯计算为32吨左右）。
那么，两位所说的“”运载火箭论证阶段基本完成“是什么意思呢？为什么选择在讨论十四五规划的2021年两会召开前，发出这样的信息呢？
这是因为，长征九号的核心，即重型火箭的两型发动机研制，已经取得了突破性的进展。这就是本文开头官宣的500吨级液氧/煤油发动机， 另外还有一种是220吨级液氢/液氧发动机。今天咱们就唠唠这个。
先说煤油机500吨级液氧/煤油发动机YF-130。(网络上多称该机型为YF-480,但论文中称YF-130)
早在2011年，中国火箭发动机专家、航天科技集团六院院长谭永华就公开披露过：中国重型液体火箭的芯一级发动机和助推器，将采用500吨级的液氧/煤油发动机，一秒钟可以完成1.6吨推进剂的高压输送。海平面推力460吨，真空推力501吨，海平面比冲300秒。
图片图2：中国500吨级液氧/煤油发动机原理图
该发动机由中国航天科技集团六院负责研制。
2016年8月1日，YF-130液氧煤油发动机首次燃气发生器-涡轮泵联动试验取得成功，标志着该型发动机研制工作取得首个里程碑式胜利。
图片图3：液氧煤油发动机
再先说220吨级氢氧机。
根据中国航天科技集团《2011年度社会责任报告》，将发展重型液氢液氧发动机，作为重型运载火箭的二级动力。发动机海平面推力220吨级，真空推力为2460千牛、真空比冲为425秒。.
图片图4：200吨级氢氧发动机原理图
220吨级氢氧机也是由航天科技集团六院团队研制的。
220吨级氢氧机采用了补燃循环氢氧发动机技术，与长征五号的燃气发生器循环氢氧机相比，补燃循环可以使全部推进剂的化学能得到充分释放，提高发动机的性能。
官宣：航天六院陆续突破了大推力补燃循环氢氧发动机系统技术和高压大流量预燃室、高效多级涡轮泵等核心组件的关键技术，并完成了预燃室热试验。
2020年11月完成了氧涡轮泵与预燃室联动试验，研制工作获得了很大进展。
图片图5：补燃循环氢氧发动机试验
值得注意的是：500吨级煤油机和220吨级氢氧机，两型发动机都完成了涡轮泵和燃烧组件的联动试验，从而验证了涡轮泵的设计，这是液体火箭发动机研制的关键一步。
在液体火箭发动机的主要组件，如推力室、燃气发生器、涡轮泵、自动器和控制系统当中，涡轮泵是最重要的。涡轮泵有点像一个燃气轮机，发动机用部分燃料在独立燃烧室/预燃室里面燃烧，产生燃气驱动涡轮运动，涡轮再通过高速旋转把燃料泵入燃烧室内，带动泵把燃料加压喷入主燃烧室。涡轮泵可以说是液体火箭心脏中的心脏。
图片图6：阿利亚纳5火箭芯级火神2液氢液氧主发动机的涡轮泵
涡轮泵的结构复杂、工作条件苛刻，特别是分级循环燃烧，还要难上加难。比如220吨级氢氧机的分级循环燃烧，燃烧室压强比YF-130的简单循环燃烧要高一倍左右，达到20MPA级别。
这次，500吨级火箭液体发动机进行了全尺寸半系统试车，考核了分级启动方案，验证了燃气发生器点火、推力调节器转级等方案。还考核了启动过程燃气发生器、涡轮泵、推力调机器等关键组件的性能及工作协调性。
2020年，两型液体发动机还分别进行了全尺寸整机装配。
500吨级液氧煤油发动机距离整机试车只有一步之遥，220吨级氢氧机也在快马加鞭尽快通过全尺寸版系统试车。这样，两型发动机赶上2030年长征九号的首发就有了基本保证。
当然也要看到，俄美两国的液体火箭发动机机都是很早走在我们前面的，特别是氢氧机。
比如：1980年代俄罗斯的RD-0120氢氧发动机的真空推力200 吨，真空比冲能达到455 秒。其改进型RD0122,推力超过235吨，真空比冲高达460秒。比220吨级氢氧机的425秒比冲是有优势的。
又如：灯塔2002年首发的德尔塔4火箭采用的RS-68，真空推力344吨，真空比冲410秒，海平面比冲365秒,20年前已经是水平超强，至今仍是推力最大的氢氧机。
再如：灯塔SLS的主要动力：RS25氢氧发动机，洛克达因（普惠控股）研发，采用高压补燃技术，真空推力2320kN，真空比冲 452 秒,海平面 366 秒，也是多年前的成熟产品，曾是航天飞机的主发动机。
而煤油机，更多要看毛子：比如：1970-1980年代，苏联研制的740吨级的RD-170用于能源号和天顶号火箭。RD-170的后期型号RD171M推力为846吨。老毛子的液氧/煤油发动机还是很逆天的。1990年代研制了400吨级的RD-180液氧煤油发动机，真空最大推力4320千牛，真空比冲337.8秒。由于物美价廉（比灯塔RS-68氢氧机便宜一半），重点发展氢氧机的灯塔也进口了100多台。
最后，我国长征9号运载火箭采用的220吨级氢氧机和500吨级两型液体火箭发动机，一旦研制成功，将基本上消除与国际先进重型液体火箭动力的代差，从而进入大推力航天火箭液发的三强之一。祝愿两型发动机研制顺利，并期望在2021年看到整机测试的成功！
注释：所有图片和资料来源于互联网公开报道，权利归原作者和源站
兵器迷的天空 兵工科技数据党 4月23日
长征9号，怦然心动！
——浅谈长征九号的两型液体火箭发动机
中国航天2021年3月5日报道 ，500吨级液氧煤油火箭发动机全工况半系统试车取得圆满成功，作为目前世界上推力最大的双管推力室发动机，比120吨级液氧煤油高压补燃发动机推力增大了3倍，比冲提高了3%，推质比提高了25%。
图片图1：500吨级液氧煤油火箭发动机全工况半系统试车
上述新闻，让人回想起十天前，2021年2月24日，中国航天局副局长吴艳华接受央媒采访时表示：国家已经决定研制重型运载火箭。近日，中国工程院院士 国家航天局原局长栾恩杰又表示，重型运载火箭论证阶段基本完成，进入到立项的后续阶段，争取在十四五能够开始重型火箭的研究，未来我国将研制100吨级的重型运载火箭，以满足走向更深远太空的需求。
栾、吴两位局长口中的“重型运载火箭”，是指近地轨道运载能力超过100吨的火箭。火箭代号长征9号，预计2030年首发，起飞质量达到3000吨（长征5号基本型不到900吨），近地轨道LEO运载能力超过100吨，一说140吨。（长征5号不用于LEO发射，纯计算为32吨左右）。
那么，两位所说的“”运载火箭论证阶段基本完成“是什么意思呢？为什么选择在讨论十四五规划的2021年两会召开前，发出这样的信息呢？
这是因为，长征九号的核心，即重型火箭的两型发动机研制，已经取得了突破性的进展。这就是本文开头官宣的500吨级液氧/煤油发动机， 另外还有一种是220吨级液氢/液氧发动机。今天咱们就唠唠这个。
先说煤油机500吨级液氧/煤油发动机YF-130。(网络上多称该机型为YF-480,但论文中称YF-130)
早在2011年，中国火箭发动机专家、航天科技集团六院院长谭永华就公开披露过：中国重型液体火箭的芯一级发动机和助推器，将采用500吨级的液氧/煤油发动机，一秒钟可以完成1.6吨推进剂的高压输送。海平面推力460吨，真空推力501吨，海平面比冲300秒。
图片图2：中国500吨级液氧/煤油发动机原理图
该发动机由中国航天科技集团六院负责研制。
2016年8月1日，YF-130液氧煤油发动机首次燃气发生器-涡轮泵联动试验取得成功，标志着该型发动机研制工作取得首个里程碑式胜利。
图片图3：液氧煤油发动机
再先说220吨级氢氧机。
根据中国航天科技集团《2011年度社会责任报告》，将发展重型液氢液氧发动机，作为重型运载火箭的二级动力。发动机海平面推力220吨级，真空推力为2460千牛、真空比冲为425秒。.
图片图4：200吨级氢氧发动机原理图
220吨级氢氧机也是由航天科技集团六院团队研制的。
220吨级氢氧机采用了补燃循环氢氧发动机技术，与长征五号的燃气发生器循环氢氧机相比，补燃循环可以使全部推进剂的化学能得到充分释放，提高发动机的性能。
官宣：航天六院陆续突破了大推力补燃循环氢氧发动机系统技术和高压大流量预燃室、高效多级涡轮泵等核心组件的关键技术，并完成了预燃室热试验。
2020年11月完成了氧涡轮泵与预燃室联动试验，研制工作获得了很大进展。
图片图5：补燃循环氢氧发动机试验
值得注意的是：500吨级煤油机和220吨级氢氧机，两型发动机都完成了涡轮泵和燃烧组件的联动试验，从而验证了涡轮泵的设计，这是液体火箭发动机研制的关键一步。
在液体火箭发动机的主要组件，如推力室、燃气发生器、涡轮泵、自动器和控制系统当中，涡轮泵是最重要的。涡轮泵有点像一个燃气轮机，发动机用部分燃料在独立燃烧室/预燃室里面燃烧，产生燃气驱动涡轮运动，涡轮再通过高速旋转把燃料泵入燃烧室内，带动泵把燃料加压喷入主燃烧室。涡轮泵可以说是液体火箭心脏中的心脏。
图片图6：阿利亚纳5火箭芯级火神2液氢液氧主发动机的涡轮泵
涡轮泵的结构复杂、工作条件苛刻，特别是分级循环燃烧，还要难上加难。比如220吨级氢氧机的分级循环燃烧，燃烧室压强比YF-130的简单循环燃烧要高一倍左右，达到20MPA级别。
这次，500吨级火箭液体发动机进行了全尺寸半系统试车，考核了分级启动方案，验证了燃气发生器点火、推力调节器转级等方案。还考核了启动过程燃气发生器、涡轮泵、推力调机器等关键组件的性能及工作协调性。
2020年，两型液体发动机还分别进行了全尺寸整机装配。
500吨级液氧煤油发动机距离整机试车只有一步之遥，220吨级氢氧机也在快马加鞭尽快通过全尺寸版系统试车。这样，两型发动机赶上2030年长征九号的首发就有了基本保证。
当然也要看到，俄美两国的液体火箭发动机机都是很早走在我们前面的，特别是氢氧机。
比如：1980年代俄罗斯的RD-0120氢氧发动机的真空推力200 吨，真空比冲能达到455 秒。其改进型RD0122,推力超过235吨，真空比冲高达460秒。比220吨级氢氧机的425秒比冲是有优势的。
又如：灯塔2002年首发的德尔塔4火箭采用的RS-68，真空推力344吨，真空比冲410秒，海平面比冲365秒,20年前已经是水平超强，至今仍是推力最大的氢氧机。
再如：灯塔SLS的主要动力：RS25氢氧发动机，洛克达因（普惠控股）研发，采用高压补燃技术，真空推力2320kN，真空比冲 452 秒,海平面 366 秒，也是多年前的成熟产品，曾是航天飞机的主发动机。
而煤油机，更多要看毛子：比如：1970-1980年代，苏联研制的740吨级的RD-170用于能源号和天顶号火箭。RD-170的后期型号RD171M推力为846吨。老毛子的液氧/煤油发动机还是很逆天的。1990年代研制了400吨级的RD-180液氧煤油发动机，真空最大推力4320千牛，真空比冲337.8秒。由于物美价廉（比灯塔RS-68氢氧机便宜一半），重点发展氢氧机的灯塔也进口了100多台。
最后，我国长征9号运载火箭采用的220吨级氢氧机和500吨级两型液体火箭发动机，一旦研制成功，将基本上消除与国际先进重型液体火箭动力的代差，从而进入大推力航天火箭液发的三强之一。祝愿两型发动机研制顺利，并期望在2021年看到整机测试的成功！
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