长征5号运载火箭设计巧妙发动机性能落后

年7月24日14时22分，长征五号B遥三运载火箭在文昌航天发射场成功将我国空间站问天实验舱精准送入预定轨道发射任务取得圆满成功。

长征5号基本型和长征五B结构对比

长征五号系列运载火箭是一款很有中国特色的运载火箭，虽然发动机性能相对普通，但运力指标却很不一般，造价也很便宜。

一、长征五号系列运载火箭的发动机性能中规中矩，甚至有些落后。

1、一级火箭发动机YF高压补燃液氧煤油发动机在同类中性能靠后。

YF是一种高压补燃液氧煤油发动机，海平面推力为.19kN，海平面比冲.2秒,室压18Mpa，推重比仅63.6左右。前苏联上世纪60年代研制的NK33高压补燃液氧煤油发动机推力为kN，比冲为.3秒，时压约14.8Mpa，推重比却高达.7。即便是YF-K的推重比也只达到70.1，仍然大幅度落后于NK33。

仅从技术参数来看，YF真的非常普通，在室压更高的前提下，推重比却严重落后于上世纪60年代苏联研制的NK33火箭发动机。

2、芯一级火箭发动机YF77燃气发生器循环氢氧火箭发动机性能几乎垫底。

YF77是一种燃气发生器循环氢氧火箭发动机，海平面推力为.6kN，真空推力为.52kN（71.39吨），海平面比冲.2秒,室压18Mpa，真空推重比仅28.62。

典型基础级液体火箭主发动机技术参数和应用情况

从推力上说，YF-77可以说是世界新一代运载火箭氢氧发动机中推力最小的型号，不仅无法与德尔塔IV火箭RS-68燃气发生器循环氢氧火箭发动机的吨真空推力相比，也远低于阿里安5上火神2燃气发生器循环氢氧火箭发动机的吨真空推力和日本H-IIA/B火箭上LE-7A分级燃烧氢氧火箭发动机的吨真空推力。在各国自上世纪80年代以来研制的新一代火箭中性能几乎垫底。

3、芯二级火箭发动机YF75D闭式膨胀循环氢氧火箭发动机性能一般。

YF75D是一种闭式膨胀循环氢氧火箭发动机，真空推力为90kN，真空比冲.6秒，室压仅4.1Mpa。不论是推力、比冲、还是室压，指标都很一般，甚至落后于研制年代更早的外国同类发动机。

典型上面级液体火箭主发动机技术参数和应用情况

综上所述，长征5号系列运载火箭采用的3款发动机性能都很一般，根本无法同美、俄两个传统航天强国相比，就连和日本的H2系列火箭采用的发动机都比不过。三款发动机的共同缺点就是推重比偏低，需要大幅度减重。

当然，这也情有可原，毕竟长征5号的总体技术水平仅相当于我国年左右的技术水平，业界人士认为YF、YF77、YF75D三款发动机均属于“补课型”发动机，其首要目的是解决有无问题，为我国的高压补燃火箭发动机、大推力氢氧火箭发动机、膨胀循环火箭发动机积累经验，奠定工业基础，因此这三款发动机的技术指标定得很保守。

二、虽然长征5号运载火箭的三款发动机性能一般，但总体性能却很优秀。

在世界现役10大重型运载火箭中，长征5号系列运载火箭的运力、运载系数均表现不错，远高于发动机的表现。在发动机大幅度落后于竞争对手的前提下，长征5号运载火箭的地球同步转移轨道（GTO）载荷和运载系数均高居世界第三。其中，排在长征5号前面的两款运载火箭都是美国研制的。这两款火箭中，排名第二的德尔塔4运载火箭是一款全氢氧运载火箭，运载系数方面有天然优势，但缺点是造价昂贵，而排名第一的重型猎鹰运载火箭则是一种可重复使用运载火箭。

运力排名前10的运载火箭

可重复使用火箭相比传统火箭的最大不同之处就是，以牺牲系统冗余度，用可重复使用思维设计火箭，发动机冗余度很小，设计目标就是以牺牲发动机部分可靠性，用数量来弥补整体可靠性。这样做的好处是，一旦发动机都工作正常的时候，那么其运力就能发挥出来，即便其中有一两台发动机出现故障，其整体推力也仍然够用，并不会影响其正常发射和回收。虽然发动机单机可靠性下降了，但火箭整体可靠性并没有下降。

可重复使用运载火箭设计思路是年以后才发展起来的，相比长征5号系列火箭有很大的后发优势，再加上美国雄厚的工业实力，重型猎鹰性能更强很正常。如果只是同类比较，那么在运力排名前10的火箭中，仅有全氢氧设计的德尔塔4一次性使用运载火箭能够超过长征5号。此外，长征5号还具有组合灵活的优势，这一个系列火箭采用模块化设计，运力覆盖范围很大，相当于开发多款不同运力级别的运载火箭。我们也可以认为，长征5号系列运载火箭仅相当于花费1.5款运载火箭的开发费用就开发出超过2个不同运力级别的运载火箭，大大减少了重复开发成本。

长征5号运载火箭发射升空

这么做的最大好处是可以大大降低火箭的长细比，有助于降低火箭制造难度，同时还可以通过捆绑不同数量的助推器实现不同等级的运载能力。这样做有助于降低设计、制造成本。处处充满中国式节俭特色。

这说明长征5号系列运载火箭的总体设计很不错，才能依托相对落后的发动机，发展出总体性能先进的运载火箭。运用这个思维的装备还有上世纪60年代前苏联研制的米格25战机，它同样是通过巧妙设计，将技术指标较为普通的零部件整合成总体性能不俗的一个整体。

这样做的好处是，今后一旦开发出性能更先进的发动机，长征5号运载火箭运力还将进一步提升。简而言之就是，长征5号依托巧妙的总体设计为它预留了很大的升级空间。

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