我国可重复使用火箭发动机又有新进展！登月火箭不比美国差

看着美国Space X公司的可重复使用火箭大显身手是不是很羡慕？如今我国的可重复使用运载火箭长征6X也即将首飞。2018年，长征6X运载火箭可重复使用运载火箭首次亮项中国国际工业博览会，当时官方宣称计划2021年首飞，然而受疫情影响，至今尚未首飞。主要原因是它的芯一级采用的发动机YF-100K试车累计时间仍未达标，成熟度不够。

随着长征6X运载火箭可重复使用发动机YF-100K高压补燃液氧煤油发动机的发展成熟，长征6X运载火箭已经具备首飞条件。

2021年度《推进技术》专业学术期刊第42卷第7期《长征五号运载火箭助推动力系统》透露了我国可重复使用火箭发动机YF-100K的最新进展数据。特别要强调的一点是，这款发动机同时也是我国登月火箭的芯一级和助推器发动机。

第一点，已经试车13台，30多次，累计试车已经超过10000秒，基本达到应用试验阶段。

第二点，具备大范围无级变推能力，并且具备二次启动能力。试车覆盖工况在60％到105％连续无级变推，满足可回收要求。

第三点，具备双向±8°摇摆能力（YF-100为双向±6°），具备分级启动能力。

具体数据：

海平面推力：1250千牛（提升4.17%）

海平面比冲：301.84秒（提升1.636秒）

混合比：26

真空推力：1397千牛（提升4.25%）

真空比冲：338.20秒（提升2.87秒）

推重比：70.1（提升10%）

第四点，未来将进行高性能煤油的适应性升级，比冲将提升7～10秒。

总结：YF-100K相比YF-100火箭发动机，在推力、比冲、推重比等关键指标上均有提升，重量方面大概降低100公斤，但如果把泵后摆机构降低的200公斤也算进来，那就是降低300公斤。火箭结构重量越低，其运载系数越高，这就相当于减掉的重量变成载荷了，如果用在我国正在研制的载人登月火箭，那么其减重效果将达到6.3吨！这6.3吨如果全部加到二级燃料上去，其运力将猛增不少。

关于我国的载人登月火箭，一篇名为《载人登月运载火箭总体方案和关键技术》的论文也有进一步信息。

载人登月火箭命名暂定长征5G运载火箭，基于长征五号运载火箭基本型衍生而来，采用CBC构型设计，总长约90米，三级半设计。芯一级直径5米，装7台YF-100K系列发动机，两个助推器直径也是5米，同样装7台YF-100K系列发动机。其中芯一级装4台100K/L单摆发动机和3台为YF-100K双摆发动机，而助推器7台都是YF-100K双摆发动机，芯一级+助推器总计21台YF-100K系列发动机。登月火箭起飞推力约2700吨，起飞重量约2200吨。

新一代载人登月运载火箭 是根据中国载人航天工程长远发展规划，为发射中国新一代载人飞船而全新研制的高可靠、高安全载人火箭，将中国奔月轨道运载能力由8.2吨提升至27倍吨，填补中国载人登月的能力空白，推进中国载人运载火箭升级换代，具有安全可靠、性能先进、流程创新、扩展灵活等特点，是实现中国2030年前载人登陆月球和航天强国建设的重要战略支撑。

新一代载人登月运载火箭采用三级半构型，总长约为 90米，捆绑2个与芯一级基本相同的助推器，起飞重量约为2200吨。该火箭由箭体结构系统、电气系统、发动机系统、增压输送系统、地面测控系统和发射支持系统组成，主要方案如下：

1、芯一级采用5米直径，安装7台地面推力125吨级的 YF-100K/L液氧煤油发动机，其中3台YF-100K发动机双向摇摆；

2、助推器捆绑2个通用芯级模块，安装于II、IV象限；

3、芯二级采用5米直径，安装2台真空推力146吨级的 YF-100M液氧煤油发动机，每台发动机双向摇摆；

4、芯三级采用5米直径，安装3台真空推力9吨级的 YF-75E氢氧发动机，每台发动机双向摇摆；

5、三级采用辅助动力完成滑行段姿态控制、推进剂管理和有效载荷分离前末修、调姿；

6、助推器、芯一级、芯二级和芯三级均采用共底贮箱，一二级分离采用二次分离方式；

7、液氧贮箱采用自生增压；

8、电气系统采用一体化设计，高速实时以太 网总线，全程天基测控；

9、采用新三垂测发模式，简化发射场和发射区工作项目和设施。

这其中最为关键的是芯一级和助推器所使用的发动机YF-100K，这款发动机除了可靠性足够高之外，还能多次重复启动，推力调节范围也比较大，很适合用于载人登月运载火箭。

应用这一系列新技术之后，我国的长征5G载人登月运载火箭的地月转移轨道运载系数竟然高居世界第一，达到1.23%。相比之下，美国Space X公司的重型猎鹰运载火箭一次性使用时的地月转移轨道运载系数仅1.10％，而Atlas V运载火箭地月转移轨道运载系数也仅有1.07％，而美国多次延期发射的SLS block1运载火箭的地月转移轨道运载系数也仅有1.035%。

我国的长征5G载人登月运载火箭堪称技能点满。近年来突破以13项重大关键技术为代表的120项关键技术，包括器箭一体化技术、电气一体化技术、新型数字化技术、高性能铝合金+碳纤维复合材料+紧固件高性能结构材料应用技术、故障诊断与处置技术、自主飞行控制重构技术、高性能液氧煤油发动机技术、高性能氢氧发动机技术、高能煤油技术、多机并联复杂环境预示与控制技术、大承载轻质化结构与分离机构技术、高性能增压输送系统技术、快速测试发射技术。

同美国SLS block1载人登月运载火箭一样，长征5G载人登月运载火箭也是在原有技术的基础上进一步改进提升的，例如，其基础设计来自长征5号运载火箭，一级、二级、三级发动机也都是在成熟型号基础上继续改进提升。正是在这些先进技术的加持下，长征5G载人登月运载火箭才能在保障可靠性的前提下，兼顾运载效率。

按照官方透漏的消息，长征5G载人登月运载火箭目前已经转入初样研制阶段，将在2026年前后首飞。虽然首飞时间很可能比美国抢进度而导致多次延期的SLS block1稍晚，但整体更加稳妥，首飞基本就可以直接执行载人登月任务，而美国SLS block1火箭即便现在能够顺利首飞，也尚不具备执行载人登月任务的能力，部分系统仍未完善。

按照美国政府透漏的消息，原计划2024年实施载人登月重返月球任务，因SLS block1多次延期，将延期到2026年实施。如果这款火箭还这样一直延期发射，最终美国载人登月时间有可能被我国长征5G载人登月运载火箭反超。