中国航天报

近日，长征五号B运载火箭将我国新一代载人飞船试验船送入预定轨道，这次任务成功标志着我国为新一代大型运载火箭研制的新型液氧煤油发动机和液氧液氢发动机基本成熟。

液体火箭发动机推力决定了火箭进入太空的能力，它是运载火箭最核心的技术之一。那么，目前各国运载火箭采用的发动机主要有哪些？它们又有什么特点？

液氧煤油发动机应用广

液氧煤油发动机是目前使用最广泛的火箭动力系统。这种发动机使用廉价的液氧和煤油作为推进剂，加上液氧和煤油的密度较高，这种发动机的综合性价比较高，受到各航天大国青睐。

俄罗斯研制的RD-180液氧煤油发动机

但是，液氧煤油发动机由于存在比冲较低的问题，因此，苏联科研人员研制了高压补燃液氧煤油发动机，将发动机比冲提高了10%。比冲相当于汽车发动机的耗油率，火箭发动机的比冲越高，同等起飞质量火箭的有效载荷质量就越大。

对于采用两级结构的火箭来说，当起飞质量相同时，有效载荷质量能提高30%以上。

我国长征五号火箭的YF-100发动机就是典型的高压补燃液氧煤油发动机，长征五号火箭强大的性能也有它的一份功劳。

苏联为联盟号运载火箭研制的液氧煤油发动机直到今天仍然是俄罗斯航天发射的主力，而俄罗斯正在研制的“安加拉”和“联盟-5”等新一代运载火箭也都使用了液氧煤油发动机。

美国研制的大多数运载火箭也都采用了液氧煤油发动机。至于大名鼎鼎的土星五号重型运载火箭，其一子级正是使用了5台大推力的F-1液氧煤油发动机。

近年来，印度也在投入资金研制200吨级的新型高压补燃液氧煤油发动机，这种发动机将用于升级型的GSLVMK3运载火箭。

不难看出，液氧煤油发动机至今仍然是各航天大国火箭使用的主力引擎。

液氧液氢发动机比冲高

液氧煤油发动机以物美价廉的特点得到了广泛应用，但也有一些火箭在使用液氧液氢发动机。

美国研制的RS-25氢氧发动机

液氧液氢发动机具有高比冲优势，真空比冲可达400多秒，比液氧煤油发动机高出1/3左右，能显著提高运载火箭的地球同步转移轨道的运载能力。

但是，液氢容易泄露，是一种十分危险的燃料，而且密度较低，给发动机设计带来了很大挑战，综合使用成本也最高。

考虑到液氧液氢发动机的高成本和危险性，各航天大国倾向于在火箭末级或上面级使用这种发动机。例如，美国宇宙神5火箭的半人马座上面级就使用了液氧液氢发动机，印度GSLVMK3火箭的上面级也使用了20吨推力的液氧液氢发动机。

事无绝对，也有将液氧液氢发动机用于火箭一子级的例子。例如，美国研制的德尔塔4火箭、日本研制的H-2A火箭和欧空局研制的阿里安5火箭，其一子级都使用了液氧液氢发动机作为动力。

液氧液氢发动机成本高的劣势，很难通过技术改进得到弥补。例如，运载系数很高的德尔塔4火箭，在商业发射订单方面就抢不过采用液氧煤油发动机的宇宙神5火箭。

据美媒报道，由于德尔塔4火箭的发射成本太高（1枚发射价格高达3.5亿美元），美国宇航局决定让其在2022年提前退役。

液氧甲烷发动机性价比高

虽然液氧煤油发动机物美价廉，但比冲是个软肋；虽然液氧液氢发动机性能高，但价格却不菲，而综合了两种发动机优势的液氧甲烷发动机则正在成为运载火箭动力新宠。

液氧甲烷发动机的比冲比液氧煤油发动机更高，液态甲烷的密度要远远大于液氢，又没有液氢那样诡异而危险的特性，且甲烷还十分便宜。必要时，液氧甲烷发动机可以直接使用天然气作为燃料，比航天煤油的价格还低，是一种性价比极高的火箭发动机。

我国蓝箭公司研制的天鹊甲烷发动机

如今，可重复使用运载火箭正在成为各航天大国研制的重点项目，对发动机重复使用也提出了很高要求，而液氧甲烷发动机由于冷却方便积碳少，十分适合重复使用。

液氧甲烷发动机的比冲优势甚至超过了高压补燃液氧煤油发动机。美国SpaceX公司和蓝色起源公司都不约而同地选择了研制高压补燃液氧甲烷发动机，SpaceX公司研制的猛禽发动机采用的还是全流量补燃的液氧甲烷发动机，比冲极为出色。

除了美国外，俄罗斯也在研制高压补燃液氧甲烷发动机，欧空局和日本也有研制计划。我国商业航天公司如蓝箭、星际荣耀、九州云箭等企业都在积极研制液氧甲烷发动机。

电泵发动机潜力大

传统火箭发动机使用燃气发生器或预燃器预先燃烧一部分燃料，然后产生高温燃气驱动涡轮泵，再将推进剂注入高压的燃烧室内推动火箭飞行。

围绕涡轮泵的驱动方式，产生了诸如燃气发生器循环、高压补燃循环和膨胀循环等不同的发动机，但它们都具有设计制造复杂，固有可靠性较低，多次启动能力较差等不足之处，而电泵发动机的出现则让人眼前一亮。

电泵发动机使用电池加电动机驱动涡轮泵，这样涡轮泵输送燃料无需考虑和燃气发生器的配合，解耦后发动机的设计制造就容易很多。例如，美国火箭实验室公司和新西兰联合研制的电子号火箭，使用的“卢瑟福”就是世界上第一种投入使用的电泵发动机，在已进行的10次发射中，发动机表现非常可靠，证明电泵理论上的高可靠性。

遗憾的是，由于现阶段的电池能量密度和释放能力有限，以及电动机功率密度不高的问题，电泵的功率想要提高举步维艰，电泵发动机的推力也很难做大。

随着电池和电动机技术的进步，电泵发动机有着很大的发展潜力，未来必将出现越来越多的电泵火箭发动机。

各具特色的液体火箭发动机