再談長征五號：胖五為啥設計成這樣

芯級為何不用大推力煤油機？

在第一篇文章中我們談到，長征五號的芯級推力小，而且氫氧機不好駕馭，有人或許會問，為何芯級不同樣採用液氧煤油發動機呢，「勁」還大不少，至少可以少並聯一台發動機。理論上並非不可。但是煤油機的比沖相對較低，達到相同的總沖，就要求攜帶更多的燃料和氧化劑、儲箱也更大，這樣迭代後的火箭重量會大幅飆升。可以說，正是靠著這芯級的兩台YF-77，長征-5號才能減重瘦身。

為啥那麼胖？

說起「瘦身」，可能會有人說，「胖五」哪裡瘦啊，太胖了。胖源自於它5米直徑的芯級。它的芯級推力那麼小，為何要搞那麼粗呢？一方面的原因是液氫的密度低，其儲箱要大。常規的偏二甲肼的密度大約每立方米800千克，而液氫只有70千克。如果火箭直徑做得小，燃料體積又大，那火箭長細比就太大，不利於控制。

為什麼不用一個大型的氫氧機？

那麼為什麼不搞一台推力更大的氫氧機？按照龍樂豪院士的說法，之所以選擇50噸級氫氧發動機而不是100噸級氫氧發動機，當時主要考慮兩方面原因。一方面，50-100噸推力的芯級發動機對火箭總體設計結果沒有實質性的影響。用於一級時，50噸級的發動機可以並聯兩台使用，而且50噸級發動機還可用於上面級，百噸級發動機卻不能。另一方面，50噸級發動機的研製難度相對較小，投入也少一些，這樣更適合缺乏大推力氫氧發動機研製經驗的中國。要知道，在該發動機研製之前，中國推力最大的氫氧發動機YF-75推力只有7噸。即便是50噸級的YF-77發動機，其研製過程也是歷經坎坷，試驗時多次發生事故（對於試驗來說也算是正常）。而這次的長征-5號的失利以及長征-5遙一的部分成功，問題很可能都是出在了氫氧機上。

為什麼載荷係數那麼優秀？

一個有意思的現象是，儘管中國長征-5號運載火箭使用的幾種發動機在同類發動機中的比沖不算高，但是整枚火箭的載荷係數卻不低。如果與歐美日同級別運載火箭相比，大概只比完全採用氫氧發動機的「德爾塔-4」略低些。這主要是因為長征-5的氫氧主發動機和液氧煤油助推器的混搭方案帶來優勢。這種混搭也是一種中國特色和中國創造吧。而其他運載火箭多採用了比沖較低的固體燃料助推器，「宇宙神」不僅採用了比沖較低的固體火箭發動機助推器，還採用了液氧煤油發動機作為主發動機，所以在上述火箭中的載荷係數是相對較低的。

固體火箭發動機的比沖雖然較低，但是體積比沖高，也就是說提供相同的比沖時，體積小因此使用起來比較方便，而且固體火箭發動機結構簡單、可靠性高，被普遍用於大型火箭發動機的助推器。哪怕它拉低了火箭的載荷係數。

液氫液氧發動機不容易駕馭。

中國以前在固體火箭發動機的研製上相對落後一些，特別是大型固體火箭發動機，對燃料的澆築、殼體等要求都很高。隨著國內固推技術的進步，中國近年來也在開始研製大型的固體助推器，相信今後將會應用到新型火箭上。

目前實際上航天業並不太看重這個載荷係數，大一點小一點對於評價火箭來說不是決定性的。這一點和戰鬥機不同，戰鬥機發動機推重比的增加將會給戰機機動性帶來直接影響。而火箭發動機的比沖多一些少一些不會直接影響到火箭的競爭力，畢竟火箭需要的是安全、可靠、廉價、推力滿足要求。

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