中國最大的火箭發動機：缺少一項關鍵設備 只能用水作「燃料」

利刃/TONE

在長久的沉寂之後，"長征九號"登月級重型運載火箭的研製工作終於再傳捷報：由航天六院負責的500噸級液氧煤油發動機YF-480在燃氣發生器-渦輪泵聯動實驗中取得了圓滿成功，相關組件完成了一次從起動到關機的完整工況過渡，標誌著YF-480的研製已取得階段性成果。

但在這個階段性實驗成果之後，等待著YF-480的卻是名副其實的"研發斷崖"：由於國內缺乏和500噸級火箭發動機相符的試車台，YF-480的核心組件之一燃燒室將無法進行測試，繼而成為拖累整個YF-480乃至長征九號工程進度的"短板"。

圖為在試車台上測試，噴出大量水蒸氣的美國SSME液氫液氧發動機。

如果把火箭發動機比作是推動火箭本身這個荷載前進的"壯漢"，把燃料比作是人身體里不可或缺的血液，那麼燃氣發生器-渦輪泵這個組合就是負責將血液送到各處肌肉的心臟，至於這個燃燒"血液"的肌肉，那就是同樣不可或缺的燃燒室了。

從航天六院公布的數據看來，本次聯動實驗成功的渦輪泵擁有著每秒輸送1.6噸燃料的強勁性能，但如果燃燒室不能在每一秒鐘把這些燃料和氧化劑安全穩定地燃燒乾凈，YF-480也依舊只能停留在紙面上和實驗室里，沒有掙脫地心引力的機會。

圖為進行整機點火測試的SpaceX"猛禽"液氧甲烷火箭發動機，場景十分絢麗。

單就目前已公開的材料來說，即便採用"非主流"的雙燃燒室設計，YF-480的燃燒室整體指標也依舊必須保持在世界前列。這樣一來，單純的計算機模擬計算實驗必然行不通，在試車台上對燃燒室反覆修改，甚至是在整機階段"試錯糾錯"都顯得必不可少。

但同樣根據航天六院前段時間接受公開採訪披露的內容來看，不僅中國航天系統現有的試車台難以容納500噸級火箭發動機進行整機測試，用於500噸級發動機的專用試車台也尚未列入日程，而光是試車台的建造和調試就需要2-3年的寶貴時間。

圖為美國登月級火箭發動機F-1渦輪泵的剖面圖，足可見其精密程度。

此外，被試車台"扼住咽喉"的YF-480子系統還不僅僅包括燃燒室和整機：在缺乏試驗條件的眼下，進行聯動實驗的燃氣發生器和渦輪泵只能採用水作為介質，而不是實際使用時的液氧和煤油，而液氧和煤油的流體性質，乃至產生氣泡時，空泡效應對渦輪泵葉片的侵蝕破壞情況都和純水有顯著差別，總而言之，對於YF-480來說，試車台依舊是繞不過去的坎。

圖為不同轉速下"空泡效應"對泵葉片的破壞模擬結果，侵蝕程度隨流量上升而上升。

當然，YF-480及其配套設施（包括試車台）的建設和研製遲遲沒有大突破，實際上都要歸結在一個點上：YF-480始終是作為長征九號火箭的配套動力進行研發工作，而在長征九號火箭始終未得到立項的今天，YF-480即便在燃氣發生器-渦輪泵聯動實驗中取得成功，也只能是達到"方案深化論證的預期目標"，距離立項這份"准生證"仍遙遙無期。

圖為長征九號運載火箭的大致構型圖，可見該火箭的一級段共有12台YF-480同時工作。

追根究底，在各國重新掀起登月熱潮，以及商業航天成本急劇下降的今天，長征九號要面臨的問題不僅是技術難度大，更有指標誇張，構型傳統，效率低下（運載效率不超過3%，歐美同期商業箭超過4%）等一系列頑疾，前途未卜也算是預料之內的結果。

不過，和長期嶄露頭角的長征九號不同，中國航天另有一款"921載人火箭"正在低調發展，至於效仿國外先進構型的它和長征九號誰將勝出，筆者也將拭目以待。

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