航天六院11月5日釋出的訊息，航天科技集團六院自主研製的中國最大推力液體火箭發動機YF-130首次整機試車圓滿成功，該型發動機設計推力500噸級，採用全球最大的補燃迴圈發動機推力室，標誌著該型發動機研製取得重大突破！

但也有網友表示，YF-130的推力比登月火箭土星五號F-1發動機的680噸都小，還不如60年前美國人的技術，那麼事情真的是這樣嗎？

YF-130發動機：長征9號的動力

先來說說這臺發動機到底是用在哪的，只有一個YF-130的代號，大家都看不明白！先給出答案，這是我國未來巨型登月火箭長征9號（CZ-9）的芯一級和助推器的發動機，雖然到目前為止CZ-9的具體構型還沒有確定，但如此巨型發動機完成，必然將發揮出它澎湃的效能！

CZ-9：到底是幹啥用的？

CZ-9是中國航天科技集團計劃中的一款重型運載火箭，其近地軌道運載能力為50~200噸，奔月轉移軌道運載能力為50噸，奔火轉移軌道運載能力為12噸至44噸，這款火箭的芯級直徑為10米左右，高度達到了110米，與阿波羅登月的土星五號差不多級別。

長征9號的用途就是載人登月與載人登陸火星以及深空探測器等需要大推力的運載火箭任務，儘管登月火箭目前已經被CZ-5DY登月專用火箭所頂替，但其未來的重要意義仍然非常重大，因為CZ-5DY的登月任務需要發射兩次，而CZ-9巨型火箭只要一次即可。

CZ-9：目前的構型

CZ-9是一枚三級火箭+助推器的模式，其基本的構型大致如下：

助推器：數量4個，每個助推器為2臺高壓補燃液氧煤油發動機（YF-130）

芯一級火箭：4臺YF-130；

二級火箭：2臺220噸級高壓補燃氫氧發動機（YF-90）；

三級火箭：4臺25噸級膨脹迴圈氫氧發動機（YF-79）；

到目前為止，YF-130試車已經成功，當然這並不代表YF-130開發完成，只是到目前為止還比較順利，而YF-90方案論證已經透過，但尚未正式開始。YF-79則在9月初已經成功試車。CZ-9的目標是在2028年前，從目前進度來看還是相當不錯的。

筆者必須要提醒下，CZ-9巨型火箭的構型仍為確定，上述構型只是此前的計劃而已，未來改動的可能性仍然存在。

CZ-9：為何登月火箭載荷要50噸？

登月火箭的基本要求為地月轉移軌道載荷為50噸，這個載荷並非只是參考阿波羅登月計劃，而是可以計算出來的，一般登月“全套”需要有如下幾個組成部分：

1、指令艙（指揮整個任務計劃的核心艙）；

2、服務艙（氧氣、電池等物資）；

3、登月飛船（登陸月面與返回月球軌道）

4、燃料和人員以及後勤物資；

這些組合到一起，無論用哪種結構，總質量就往40噸以上去了，因此不管是哪種方式登陸，必須將40~50噸裝備送到環月軌道，一次可以，兩次也行，CZ-5DY型只能分兩次發射，而CZ-9則只需一次發射，優勢則是CZ-5DY的門檻比較低，新研製的裝置相對比較少，而CZ-9全是未經考驗的新發動機。

接下來我們說說這臺發動機的原理

全球最大的高壓補燃迴圈：到底是什麼意思？

高壓補燃迴圈是什麼意思？估計很多朋友有點懵，高壓補燃迴圈其實就是分級燃燒迴圈，熟悉的朋友很快就會想起來這到底是什麼結構，但不瞭解火箭迴圈的朋友可能還是一頭霧水，下文簡單介紹下火箭發動機的幾種典型迴圈結構：

1、早期火箭的擠壓迴圈；

2、燃氣發生器迴圈（開式迴圈）；

3、分級燃燒迴圈（高壓補燃迴圈）；

4、全流量分級燃燒迴圈；

5、低溫燃料膨脹迴圈；

火箭發動機的工作迴圈要是往細了分遠不止以上幾個，不過本文篇幅有限，只能找幾個典型的工作方式說明下原理；火箭發動機的迴圈就是將氧化劑和燃料泵入燃燒室的過程，我們知道這個燃燒室內的氧化劑和燃料一起燃燒膨脹時壓力是很高的，因此要這個“泵”就需要更高的壓力，壓力越高，燃燒室壓力也可以越高，發動機的燃料利用率也就越高（也就是比衝高），推力也可能越大（比沖和推力不是正比例關係）。

擠壓迴圈：最古老，但現在還在用

擠壓迴圈非常簡單，分別在燃料和氧化劑儲箱設定一個氣囊結構，增加壓力壓迫燃料注入燃燒室，這種結構簡單、可靠性極高，缺點是儲箱承受壓力，並且還有一個問題，需要攜帶額外且不能參與燃燒的高壓氣體與氣罐。

高壓氣體的壓力決定了燃燒室的壓力，所以決定了這種型別發動機比衝不會高，推力也不大，但它可以多次啟動而且可靠性很高，一般要求多次啟動或者小推力發動機基本都是這種型別，甚至在Delta 2的二級發動機 AJ-10-118K也是，只是推力與比衝實在很難做大。

燃氣發生器迴圈：其實包含了分級燃燒和全流量分級燃燒迴圈；

在大部分介紹中，燃氣發生器迴圈和分級燃燒迴圈以及全流量分級燃燒迴圈都是分開介紹的，但事實上這幾個只是燃氣渦輪與泵的的位置以及排出燃氣處理的方式不一樣，當然這也讓這些發動機的效能上差異很大：

這個迴圈最關鍵的部分呢就是燃氣渦輪泵，其原理是利用燃料和氧化劑先到一個小型燃氣渦輪泵中燃燒，推動渦輪泵入燃料和氧化劑進入燃燒室工作，這些燃燒過的氧化劑和燃料廢氣就排出泵外了，這叫做燃氣發生器的開式迴圈：

但有一個問題產生了，為了儘量提高渦輪泵的轉速增加燃燒室的壓力，這個小型燃氣渦輪的功率要求很高，也就是燃燒很劇烈，但這樣一來這燃氣渦輪工作溫度就會很高，很快就會崩潰，或者設計要求很高，怎麼辦？解決辦法也很暴力，讓它工作在富燃或者富氧狀態，用大量燃料的不完全燃燒或者注入過多的液氧以達到降低燃氣渦輪的工作溫度並同時提高功率與轉速的目的。

但這樣一來，富燃或者富氧的燃氣就白白地排走了，浪費了大量燃料或者氧化劑，因此在閉式迴圈中就將這部分燃氣重新注入了燃燒室，這就是分級燃燒迴圈（高壓補燃：閉式迴圈），燃料利用率增加，火箭比衝大幅上升。當然開式迴圈也不是一無是處，因為燃氣渦輪的廢氣排出後工作狀態改善，可以提供更高的壓力，並且排出的廢氣還可以輔助姿態控制。

分級燃燒迴圈中的燃氣渦輪也有兩種模式，一種是富燃，一種是富氧，從字面理解，富燃就是燃料多過氧化劑，富氧就是氧化劑多過燃料，兩種都能改善燃氣渦輪的工作條件，效能都能得到很大的提升，比如著名的俄羅斯RD-180為代表的富氧單渦輪分級燃燒迴圈，美國的RS-25（太空梭主發動機）為代表的富燃雙渦輪分級燃燒迴圈，上文中我國的YF-130也屬於分級燃燒迴圈中的一種。

全流量分級燃燒迴圈：在分級燃燒迴圈中，還有單渦輪和雙渦輪結構，富燃的就是燃料全經過燃氣渦輪，富氧的就是氧化劑全經過燃氣渦輪，兩者工作溫度不一樣，壓力也要互相妥協，在全流量分級燃燒迴圈中，氧化劑和燃料都經過燃氣渦輪，一個渦輪泵是富氧燃燒，另一個渦輪泵則是富燃燃燒，兩者的“廢氣”再送入燃燒室，所以叫做全流量分級燃燒迴圈。

液氫與甲烷的全流量分級燃燒迴圈

這種狀態下渦輪泵可以工作在更低的溫度，並且壓力不再需要妥協而可以讓燃燒室壓力更高，這也會讓發動機的推力和比衝進一步得到改善，一個是方便回收多次使用，另一個也提高了發動機的效能，不過這個難度相對比分級燃燒迴圈（高壓補燃）更高，目前只有SpaceX的Raptor發動機實現了全流量分級燃燒迴圈結構。

低溫燃料的膨脹迴圈，和燃氣發生器迴圈一樣，也分三個級別

膨脹迴圈的過程和燃氣發生器迴圈有些類似，主要是利用低溫燃料在常溫或者加溫後膨脹推動低溫渦輪再帶動渦輪機泵入低溫的氧化劑和低溫燃料，這種模式用在氫氧燃料上尤其效果好，因為液氧和液氫在尾噴管加熱後進入渦輪泵膨脹，在泵入燃料的過程，一是降低了尾噴管的高溫，二則是利用了這個高溫讓低溫燃料膨脹推動渦輪。

開式膨脹迴圈

因此這種發動機的比衝可以做到比較高，不過和燃氣發生器迴圈一樣也存在開式迴圈、閉式迴圈和閉式雙體膨脹迴圈，甚至還有閉式燃氣發生器增壓膨脹迴圈，這些結構比較複雜，並且和本文的主題YF-130的迴圈不相關，就貼幾個圖，有興趣的朋友可以研究下，筆者就不囉嗦了。

閉式膨脹迴圈

YF-130：真還沒到美國1960年代水平？

上文已經說明了YF-130屬於分級燃燒迴圈（高壓補燃），難度在燃氣發生器迴圈中已經是僅次於全流量分級燃燒迴圈，與煤油機中的著名發動機RD-180是類似的結構：

YF-130的結構示意圖

與經典的不能再經典的RD-180相比，效能上還略有提升 ，這裡直接引用微博大佬@

PhilLeafSpace

的對比資料給大家參考：

但仍然有朋友質疑，這個YF-130的推力比美國在1960年代製造的登月火箭土星五號的一級火箭發動機F-1要低很多，是不是YF-130還達不到美國1960年代的水準？

F-1火箭發動機：暴力型無與倫比

這是Rocketdyne為阿波羅計劃的登月巨型火箭土星五號開發的火箭發動機，單臺推力為680噸，每枚火箭的一級會用5臺F-1發動機，一級火箭的總推力高達3400噸，一直到現在為止，它仍然是最強大的單燃燒室液體推進劑火箭發動機。

當然更被人傳頌的是在怪物級F-1火箭發動機加持下，美國的阿波羅登月計劃次次成功（阿波羅13失敗也非F-1的問題），到現在為止，坊間有人提起F-1發動機仍然讚不絕口，所以當中國造出了未來登月火箭CZ-9的一級火箭主發動機YF-130時有人就會不自然的去和F-1發動機相比，而事實上YF-130的推力為500噸級，而F-1的推力高達680噸，兩者完全不在同一個級別上，這是真的？

首先F-1屬於燃氣發生器迴圈，上文已經介紹，燃氣發生器也稱開式迴圈，會將預燃後的燃氣排出損失燃料，造成比衝大幅下降，F-1的發動機比衝只有263秒，而YF-130的則是分級燃燒迴圈，燃料利用率很高，海平面比衝為309秒，這個差異幾乎就已經是數量級差異了。

另一個則是燃燒室壓力，這是決定比沖和推力最關鍵的因素，F-1發動機的燃燒室室壓只有8MPa，而YF-130的室壓為22MPa，幾乎是前者的3倍，這兩個引數一比，大家就明白F-1的推力是哪裡來的了，這臺發動機就是暴力增加燃料流量，煤油消耗速度達1。8噸/秒，每臺發動機在一分鐘內就能燒掉100多噸煤油，是不是太恐怖了？

這也是美國人為什麼要去買俄羅斯的RD-180發動機也沒有打算把F-1發動機“圖紙翻出來”再去造一臺！並不是F-1的圖紙不見了，而是這種暴力型的發動機就像是12匹單缸柴油機，怎麼都不好意思裝進法拉利的動力艙。

YF-130雖然推力比F-1要低一些，但技術卻比F-1要先進得多，當然以目前的技術和材料和1960年代的火箭發動機去比很不厚道，但這也說明了YF-130火箭發動機絕不是阿波羅時代可以比擬的，各位千萬不要妄自菲薄，被人帶了節奏！