11月22日，龍樂豪院士在央視新聞的採訪中公開了CZ-9的進展，這是迄今為止最詳細的長征九號火箭進度的重要資訊：

1、長征九號原型已經建成；

2、一二三級發動機均已經進行了熱火試驗；

3、8~10年內就會首發；

這表示CZ-9火箭的已經到了相當的成熟度，一二三級火箭熱火測試，原型已經建成，非常振奮人心的訊息，但筆者根據近期公佈的資訊卻發現了一個驚人的問題，龍樂豪院士公開的資訊存在很大的出入。

從早期助推器加芯級火箭到珠海航展上公佈的不帶助推器版本，經歷了相當大的改變，特別是其裝載的發動機，龍樂豪院士在7月份與最近公佈的兩份資料中差異相當大，一枚已經建成原型的火箭為何會變化那麼大，究竟是怎麼回事？

CZ-9巨型火箭：從芯級加助推器到無助推版

11月5日，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（分級燃燒迴圈）發動機推力室，標誌著該型發動機研製取得重大突破！

這個發動機就是CZ-9的一級火箭發動機，而CZ-9就是傳說中的中國巨型登月火箭，一級火箭將使用12臺YF-130，此前的CZ-9的構型是這樣的：

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）；

500噸級的高壓補燃液氧煤油發動機YF-130和25噸級的YF-79都已經成功，220噸級的氫氧機YF-90進展也一直很順利，CZ-9已經呼之欲出，但很多朋友都不知道的是早在今年

7月份，龍樂豪院士在《科創中國·院士開講》第十二期節目公佈了CZ-9的新構型：

此時的CZ-9已經從助推器版本換成了無助推器版，並且從外觀來看也從一次性使用的火箭變成了可回收火箭，其中有幾個引數特別引人注意，直徑為10。6米，高度110米，4122噸起飛質量，5200噸總推力，LEO（近地軌道運載能力）為150噸，LTO（地月轉移軌道）為50噸！

地月轉移軌道最高為50噸，顯然是衝著登月去的，但是它用的是什麼發動機呢？在龍樂豪院士的PPT中也公佈了：

一級火箭：26臺推力為200噸的液氧甲烷發動機；

二級火箭：4臺推力為120噸的氫氧發動機；

三級火箭：1臺推力為120噸氫氧發動機；

從PPT中我們可以看到，至少一級是可以回收的，火箭發動機燃料使用的是液氧甲烷，似乎也沒啥問題提，畢竟克全可回收版都是液氧甲烷機，大家都在歡呼中國航天終於開始考慮回收火箭了。

但龍樂豪院士在最近公開的一份資料中，CZ-9的火箭發動機又發生了變化：直徑為10。6米，高度114米，4122噸起飛質量，5873噸總推力，LEO（近地軌道運載能力）為100~160噸，LTO（地月轉移軌道）為35~53噸！火箭發動機則為：

一級火箭：24臺推力為240噸的液氧煤油發動機；

二級火箭：4臺推力為120噸的氫氧發動機；

三級火箭：1臺推力為120噸氫氧發動機；

與7月份公開的資料相比，兩者二三級並沒有什麼區別，但一級發動機不但數量有了變化，而且發動機的推力與燃料差別不是一般的大，從液氧甲烷機換成了液氧煤油機，兩者到底有多大的區別呢，為什麼會從甲烷換到煤油？

CZ-9巨型火箭：究竟液氧煤油還是液氧甲烷發動機？

7月份公佈的是液氧甲烷發動機，11月份公佈的是液氧煤油機，兩者相比，究竟哪個更有優勢呢？新版的CZ-9屬於可回收火箭，煤油機容易積碳，目前全球在研製的可回收火箭都用液氧甲烷，那麼我們為什麼還會使用液氧煤油發動機？

作為火箭燃料：煤油和甲烷到底哪個更有優勢？

以火箭燃料為標準，燃料最好無毒汙染，比如早期火箭燃料硝酸-27s+

偏二甲肼，也有四氧化二氮+偏二甲肼，但偏二甲肼不僅易燃易爆還有劇毒，不過好處是可以常溫存放，因此到現在還用作液體火箭與導彈的燃料，不過使用面也越來越窄，各國紛紛開始選擇無毒的燃料。

紅棕色煙霧是偏二甲肼和四氧化二氮的特徵

無毒燃料則主要以液氧煤油為主，煤油容易儲存，而且這個火箭的煤油與航空煤油差了也不是很大，是公認的火箭環保燃料。

比液氧煤油更環保的是液氧液氫，這倆燃燒後就是水，而且還是純淨水，可以喝的那種！最環保無疑就是這種，但液氫不僅需要低溫儲存，而且密度只有煤油的10%，液氫的火箭燃料罐體積太龐大，這直接導致低溫火箭體積比常溫火箭要大得多。

後來馬斯克搞出回收版火箭，各國紛紛跟進研發液氧甲烷發動機，原因也很簡單，煤油的含碳量比較高，燃燒不完全容易積碳，特別是火箭發動機燃氣發生器迴圈以及分級燃燒迴圈中的燃氣渦輪泵，高溫、大流量、高壓力的環境下結焦與積碳簡直就是個無解的問題。

無法解決這個問題的火箭發動機廠商紛紛採用甲烷迴避這個技術難題，免得火箭發動機回收回來後就像糊了一坨屎，清理都很難。甲烷的含碳量比較小，並且是氣態燃料，更重要的是液態甲烷的密度還有煤油的一半，雖然熱值不如氫燃料，但密度高，燃料罐體積就能縮小，比氫燃料還是有些優勢。

除了甲烷外，還有甲醇，目前也有多個航天企業在突破使用甲醇作為火箭發動機燃料，其實火箭的鼻祖，V-2導彈用的就是液氧酒精，不過煤油的熱值（47MJ/kg）是酒精（30MJ/kg）的1。5倍以上，而甲烷的熱值（55MJ/kg）則比煤油高，不過酒精密度和煤油差不多，如果在酒精和甲烷之間選擇，個人認為還是甲烷略好，因為酒精分子結構複雜，成本很高，不如甲醇低成本，因此現代火箭中不會用酒精，在醇類燃料中肯定選甲醇，因為成本低，但熱值也略低。

RD-180的煤油燃燒後的尾焰

一句話總結，煤油熱值高、發動機比衝也高，但容易結焦積碳；甲烷不會結焦積碳，效能適中，甲醇熱值低，比衝低，但成本也低，所以也有優勢，可回收火箭發動機燃料的首選就是液氧甲烷。

為什麼還用液氧煤油機

煤油其實挺符合火箭燃料要求的，比如無毒、熱值高、密度大、常溫儲存等，保障要求很低，只要一臺油罐車即可搞定，但上文也說明了在火箭發動機的預燃渦輪中結焦積碳比較嚴重，因此在可回收火箭中都不太待見煤油機，那麼在CZ-9的火箭中為何還要用液氧煤油機呢？

SpaceX的獵鷹-9火箭：梅林1發動機就是燒煤油的

獵鷹-9是回收火箭的鼻祖，一級火箭用了9臺梅林發動機，為什麼SpaceX就能做到不結焦積碳？其實瞭解下梅林發動機的結構我們就能明白了：

這是梅林發動機試車時的場景，特徵非常明顯，主發動機冒出火舌，而旁邊還有小噴口在噴出濃濃黑煙，梅林發動機不結焦積碳的秘密就在這裡，這臺發動機是開式迴圈，室壓比較低，如下原理圖：

液氧和煤油先送入預燃室燃燒後帶動兩個渦輪泵將液氧和煤油泵入燃燒室點火工作，而預燃室燃燒過的“廢氣”就排出火箭外部，這些濃濃黑煙就是未燃盡的燃氣，為了避免預燃室的渦輪溫度太高，這裡的燃燒不是富燃就是富氧，大都是富氧，而排出的“廢氣”中就浪費了大量的氧氣。

這就是燃氣發生器迴圈（開式迴圈），如果將“廢氣”注入燃燒室再燒一次就是分級燃燒迴圈（閉式迴圈），開式迴圈的好處結構比較簡單、預燃室室壓低，比如梅林發動機室壓才9。7MPa，容易製造生產，壞處是浪費了液氧，比衝大大下降。

梅林火箭發動機的渦輪泵

但卻有了一個意外的收穫，結焦和積碳的條件：高溫、高流量、高壓力中的壓力下降，當然會改善結焦和積碳條件，再加上精煉煤油去硫，那麼這個條件也能達到回收火箭的要求。不過液氧煤油回收還是存在難度的，在可回收的星艦巨型火箭中，馬斯克還是開發了史上最強大的液氧液態甲烷版、全流量分級燃燒迴圈的猛禽發動機。

猛禽發動機的全流量分級燃燒迴圈

從SpaceX走過的路我們也可以參考，液氧煤油不是不能回收，前提是以低室壓和低比衝作為代價，換來可回收的液氧煤油版發動機，那麼問題來了，CZ-9發動機到底是哪款液氧煤油機呢？

很可能是基於YF-130的減半版本

《宇航總體技術》2020年第2期關於500噸級火箭發動機的進展介紹中提到了我國正在開發100t級—200t級—400t級推力的基礎級發動機型譜，滿足小、中、大和重型運載火箭對基礎級動力的需求：

100噸級我們已有YF100系列高壓補燃液氧煤油火箭發動機，400噸級我們也有YF130高壓補燃液氧煤油火箭發動機，實際上現在已經提升到500噸級，目前缺少的是200噸級，基於YF130減半可極大節省研發成本和研製難度。因此第5款大推力常規發動機最有可能是我國正在研製的推力超過240噸的單室高壓補燃液氧煤油發動機。

因此我們有理由相信，240噸的液氧煤油發動機很可能就有YF-130的減半版，並且可以將室壓提高到25MPa（因為YF-130的18MPa太保守了），推力甚至將遠高於240噸，可能未來的CZ-9的發動機數量還可以繼續減少。

不過YF-130是分級燃燒迴圈（也稱高壓補燃或者閉式迴圈），室壓比梅林發動機高出真正一倍，並且YF-130並沒有考慮回收設計，那麼我們還是比較懷疑240噸的液氧煤油發動機是否可以回收。

所以問題又回到了原點，CZ-9的發動機到底是液氧煤油機還是液氧甲烷機？說了半天還是未能確定，實在是抱歉，因為就目前而言官方給出的資訊比較混亂，暫時還無法準確判斷。

延伸閱讀：登月火箭的運載能力為什麼需要50噸

登月的門檻大概是50噸左右，也就是說要將大約50噸的總質量送往月球軌道，至於是幾次倒是問題不大，一次可以，兩次也行，三次也不是不行，只要不嫌麻煩與風險增加，那麼四次五次也是可以的。

登月的經典結構是阿波羅時代留下的：指令艙、服務艙、登月飛船（下降級+上升級），儘管已經過去了50多年，這個結構也有了一些改變，比如登月飛船可能會將上升與下降級合併，阿爾忒彌斯計劃中的登月版星艦就是單級的，而我國可能會參考單級但也有可能使用分離版。

雖然技術上有了長足的進步，但重量卻沒減下來多少，反而有加重的趨勢，比如土星五號總起飛重量只有3000噸左右，而新版的登月火箭卻一個比一個重，原因也很簡單，大家都賦予了登月火箭更多的任務，比如考慮載人登陸火星以及未來得木星與土星探測等。在綜合多個因素的考慮下，目前的登月火箭在地月轉移軌道門檻也就變成了50噸左右。

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