长征9号发动机更强！运载系数却不如美国土星5号火箭，这是为何？

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说起运载火箭，不得不提至今都首屈一指的美国土星5号重型运载火箭。1969年，美国凭借这款史上最强的运载火箭，成功实施载人登月计划。1967年首飞的美国土星5号运载火箭，距今已经过去54年了，然而这款火箭至今仍然是其他国家不可逾越的“技术高峰”。

如今，随着我国综合国力的提升，我国终于即将造出超越这款“神器”的史上最强运载火箭，它就是长征9号重型运载火箭。其技术水平将全面超越美国土星5号运载火箭。将来它将用于执行这三方面太空探索任务：1、载人登月、建立月球基地；2、火星探测、火星表面无人取样返回、载人登陆火星；3、太阳系内深空探测。

一、长征9号系列重型运载火箭性能简介。

长征9号系列运载火箭有三个型号运载火箭，分别是拥有4个助推器的长征9号运载火箭（捆绑构型）、拥有2个助推器的长征9A运载火箭（捆绑构型）、光杆构型的长征9B，三个型号近地轨道运载能力分别为大于50吨、大于100吨、大于140吨。当然，这只是运载能力的下限，其实际运载能力是大大超过这个数的。

根据中国航天科技集团公司透露的信息来看，长征9号重型运载火箭长103米，芯级最大直径10米，助推器直径5米，起飞重量高达4137吨，推力更是达到5873吨，推重比高达1.42。长征9号重型运载火箭能将超过140吨的载荷送入近地轨道，还能将超过50吨的载荷送入地月转移轨道。

长征9号重型运载火箭

一级芯体安装4台YF130液氧煤油高压补燃发动机，4个助推器各安装2台YF130液氧煤油高压补燃发动机，一级12台发动机海平面总推力高达5873吨。

二级采用2台海平面推力超220吨的YF90高压补燃氢氧发动机，总推力超440吨。

三级采用4台海平面推力超25吨的YF79膨胀循环氢氧发动机，总推力超100吨。

二、美国土星5号重型运载火箭性能简介。

土星5号重型运载火箭采用光杆构型，起飞重量达到3034吨，海平面推力却只有3400吨，推重比仅1.12。土星5号重型运载火箭可将118吨载荷送入近地轨道，地月转移轨道载荷也高达45吨。这个指标至今都没有被后来者超越，可见这款火箭有多么厉害。

推力高达680吨的F-1液氧煤油火箭发动机

一级芯体安装5台海平面推力为680吨的F-1液氧煤油发动机，总推力3400吨。

二级采用5台真空推力为102吨的J2氢氧发动机，总推力超510吨。

三级采用1台真空推力为102吨的J2氢氧发动机。

三、长征9号重型运载火箭与美国土星5号重型运载火箭参数对比。

中美这两款重型运载火箭有许多相似之处。首先，中美两国研制长征9号和土星5号的首要目的就是用于实施载人登月以及深空探测。其次，两款火箭一级均采用液氧煤油火箭发动机，二级、三级均采用氢氧发动机。

长征9号助推器分离示意图

两款火箭不同之处在于我国的长征9号重型运载火箭的一级、二级、三级火箭发动机性能均大幅度优于几十年前美国研制的土星5号重型运载火箭的一级、二级、三级发动机。一旦造出这三种发动机，我国的火箭发动机研制水平将直接追平甚至部分超越美、俄顶尖水平。然而奇怪的是，发动机如此先进的长征9号的运载系数却仅有3.3549%，落后于54年前美国研制的土星5号的3.889%。

难道我国的火箭舰体结构设计、制造水平还远不如上世纪60年代的美国吗？

那倒也不是，造成这种反常现象的主要原因有2点：1、“捆绑构型”火箭因受力更复杂，同等起飞重量、起飞推力的情况下，需要付出更多结构重量，造成运载系数在相同条件下远远不如“光杆构型”火箭。2、长征9号最终还没有最终成型，只能以保守方式来估算运载系数，其实际运载系数肯定大大超过这个数。

事实上，即便是构型不占优的情况下，因长征9号火箭三级的发动机比冲均大幅度优于土星5号，足以弥补构型劣势。根据业界人士透露，长征9号重型运载火箭的极地轨道实际载荷应该达到180吨才对，而且，由于一级推力足够大，在继续增加一级燃料的情况下，其极限潜力甚至可以达到200吨级！

中国航天科技集团公司透露的长征9号系列火箭关键参数

能将150吨载荷送入近地轨道，还能将50吨载荷送入地月转移轨道，仅从运载能力和推力来看，长征9号已经远超54年前就已首飞的美国土星5号运载火箭。

实际上，长征9号不仅在技术上完胜美国的土星5号，在系列化发展潜力、经济性等方面也远超美国的土星5号！

1、长征9号三级发动机比冲均远超美国的土星五号。

衡量火箭发动机的先进性除了推力指标之外，更重要的是比冲指标。理论上来说，比冲越高，火箭发动机性能越好。

长征9号和土星5号发动机推力、比冲对比

长征9号一级发动机YF130海平面比冲高达306秒，远超美国土星5号一级发动机F-1的263秒。长征9号二级发动机YF90真空比冲高达454秒，远超美国土星5号一级发动机J-2的421秒。长征9号三级发动机YF79真空比冲高达460秒，远超美国土星5号一级发动机J-2的421秒。

2、长征9号系列化发展潜力远超美国的土星五号。

长征9号推重比高达1.4，远超土星5号的1.12。只要有需求，在不改变构型的情况下，仅需大幅度增加一级燃料，就能继续大幅度提升其运载能力！相比之下，土星5号推重比富裕度少得可怜，已经没有继续增重的潜力。其衍生型号长征9A、长征9B情况也相同。因此长征9号系列运载火箭近地轨道运载能力可轻松覆盖50～180吨级别。

其三型发动机也同样有系列化和经济性方面的综合考虑。例如，YF130是一款海平面推力为480吨的双燃烧室液氧煤油高压补燃发动机，可在此基础上效仿前苏联衍生出4燃烧室版本，海平面推力高达960吨级，还可衍生出单燃烧室版本的液氧煤油高压补燃发动机。届时我国就有120吨级、240吨级、500吨级、1000吨级四个等级液氧煤油高压补燃发动机。

推力达480吨的YF130真机

今后一旦有需要，可以利用推力达到千吨级的4燃烧室版本液氧煤油高压补燃发动机在较短的时间造出起飞推力超1万吨的超级火箭！如果继续提升室压，YF130及其4燃烧室版本液氧煤油高压补燃发动机，推力还能大幅度增加。

3、长征9号经济性远超美国的土星五号。

多数航天发射任务的近地轨道载荷都不超过50吨，土星五号设计载荷却高达118吨，用途仅限于载人登月、空间站等极少数成本堪称天价的任务，市场需求很小。显然，如果不采用“捆绑构型”，长征9号只能用于载人登月、少数深空探测等极少数任务，无法批量生产，制造成本将居高不下。

土星五号就因其“光杆构型”原因，无法系列化发展，导致产量十分稀少，造成造价居高不下。以当时的美元来衡量，其造价相当于1艘航空母舰！每次发射就相当于烧掉一艘航空母舰，经济效益十分低下！

长征9号系列火箭示意图

长征9号则不一样，得益于后发优势，采用“模块化”设计，其灵活的“捆绑构型”设计，除了助推器数量不一样之外，二级、三级构件几乎完全通用。即便是一级，多数零件也都能通用，即使不能通用，其生产设备也都能通用。这就等同于长征9号系列运载火箭一次研制就能轻松覆盖50吨级～180吨级别的近地轨道运载能力。如果采用土星5号的“光杆构型”设计，则需要设计3个不同级别的运载火箭。成本至少提升2倍，而且还会造成任务需求极少的重型火箭制造成本居高不下。这就使得长征9号系列火箭多数零部件均可以批量生产，而不必担心需求太少而成本居高不下，经济效益远胜于美国的土星5号重型运载火箭。

特别要强调的是，根据官方透露的消息，YF130、YF220两款高性能火箭发动机均已取得重要进展。据报道，2020年11月2日，YF-90型高压补燃氢氧发动机顺利开展了涡轮泵联调试验，2021年3月5日，YF-130型480吨级高压补燃液氧煤油发动机成功完成全工况半系统试车。按照官方规划，长征9号重型运载火箭将在2028年首飞，并将于2030年前后实施载人登月任务。离成功已经不远了，为航天人点赞！

通过上述分析，我们也可以看出我国航天科学家是多么会“过日子”。通过长征9号，不仅完成了不同等级的运载火箭研制，极大减少研发投入，而且还趁机补齐火箭发动机方面与美、俄的巨大差距，还为更远的将来发展出全系化发动机和运载火箭预留了巨大的改进升级空间。模块化设计还大幅度提高了长征9号系列运载火箭的零部件通用化比例，大幅度降低了火箭生产成本。

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