日前一個ID為@BH-skywalker的微博賬戶釋出了一條博文，附上了一張長征9號的CG大圖，實在是太漂亮了，釋出日期是11月9日，但這大神只有367個粉絲，一直到11月15日才被大佬們發現轉發而被推上熱門話題：

CG的新版長征-9運載火箭：靠譜嗎？

新版的長征-9火箭（下文以CZ-9代替）是回收版，CG的這幅圖與珠海航展上展出的“一根棍子”版本大致是吻合的，並且CG圖背景非常優美，而且還分好類了，CZ-5和CZ-5DY是背景是月球，意思是登月版，而CZ-9的新版和老版背景是火星，意思是這倆是登陸火星用的。

這個立意上問題不大，不過CZ-9的地月轉移軌道為50噸，一發即可登月，而且CZ-9原本就是為了登月研製的，不過前段時間橫空出世一個CZ-5DY版，搶了CZ-9的風頭！可能有幾個原因，一個是CZ-5是一款比較成功的火箭，從這個基礎上改改變成登月版更保險；另一個則是更務實，運力不夠兩次來湊，CZ-5DY版需要兩次發射在月球軌道上組裝後再登月。

話題扯遠了，回到CZ-9，這枚火箭的模型在珠海航展上已經有展出，但是這位@BH-skywalker大神CG時省略掉了箭體中間的格柵舵，增加了尾部的尾翼，這個到底是正確還是錯誤的呢？我們先來看看珠海航展上的圖圖：

從這張圖來看，兩個特徵是有出入的，就是上文說的格柵舵和尾翼，並且在官方出品的CZ-9的CG引數圖中也是格柵舵和無尾翼特徵：

那麼問題來了，取消了格柵舵和增加了尾翼，到底有沒有關係？SpaceX的獵鷹-9火箭也是光禿禿一根杆子沒有尾翼，不過仔細看卻能看到中部有2對格柵舵：

除了V1和1。0其他版本都有格柵舵

那麼CZ-9是抄襲了獵鷹-9的設計？其實還真不是，兩者的回收環境是不一樣的，獵鷹-9火箭是“岔開腿”回收，這尾部設定尾翼實在是礙手礙腳啊，所以在回收火箭上乾脆就取消了，這也可以理解：

但在CZ-9上卻不是抄襲SpaceX的方案，而是實際需要，尾翼是在大氣層中穩定火箭姿態使用的，不過這個是可以用姿態控制來代替的，尾翼並不是一定需要的部件，並且尾翼的存在也會使回收存在障礙，目前還沒有確定CZ-9的回收方案，但此前披露過我們的回收方案會用繩系回收，如下圖這樣：

這種一種繩系跟蹤回收的方案，在火箭返回著陸場地時會跟蹤火箭，並用多個更十字交叉的鋼絲繩形成一個井字形繫留住火箭頂部的突出位置，這種方式只要繫留到火箭就不會存在問題，而且不怕橫風和著陸穩定度，即使擺動也沒有問題，比SpaceX的火箭回收冗餘度要高出一個數量級，也就是說回收成功機率會很高：

各位應該是看明白了，這種狀態下尾翼的存在會影響回收，因此在中國版回收方案中也是殊途同歸直接將尾翼給取消了，這個功能將會由姿態控制來完成。

另一個格柵舵（柵格舵）的功能估計大家都心裡有數了吧，這是一級火箭分離回收後在大氣層中作為氣動翼面控制火箭下落軌跡與飛行姿態。格柵舵由多片薄柵鑲嵌在邊框內構成，最廣泛應用的是斜置壁與邊框成45°角的蜂窩式柵格翼。

格柵舵可以用強度更高的小體積舵面取得相對氣動面積更大的舵面，保證了在高速下控制的比強度、比剛度，一般在高音速中使用比較多，比如超音速空空導彈或者在火箭回收時的氣動翼面。

因此新的回收版CZ-9上還存在尾翼卻沒有格柵舵，那CG圖就錯的比較誇張了，因此這位ID為@BH-skywalker的微博大神圖做得確實很漂亮，但對回收火箭的理解還不夠深，憑自己的想法直接就製作出來了，還需要再深入瞭解一下。

老版CZ-9真要放棄：YF-130怎麼辦？

美媒SpaceNews於11月9日報道，中國運載火箭研究所的設計師表示已經放棄了一次性超重型火箭CZ-9的計劃，轉而採用可重複使用的第一級設計。這個說法也確實在航展中CZ-9的模型中得到了確認，SpaceNews的報道中表示，中國運載火箭技術研究院總設計部主任劉兵後來在11月7日接受中央電視臺採訪時證實了這一新方向。

早期版本的CZ-9和CZ-5

老版CZ-9真要放棄？

儘管劉兵表示，目前並沒有就CZ-9火箭的最終命運作出決定，未來還存在非常大的不確定性，不過在更早以前的龍樂豪院士剛開的方案中，可回收已經成為未來中國航天的主流，CZ-9或真在全面轉向可回收。

對火箭比較瞭解的朋友都知道，回收火箭與一次性火箭最大區別是冗餘度，結構設計考慮二次使用，另外最關鍵的就是發動機，要從目前的液氧煤油全面轉向甲烷系列，當然氫燃料也是可以的，因為在考慮回收發動機時除了結構強度等考慮回收外，燃料燃燒後的結焦與積碳問題非常關鍵。

為什麼要用甲烷？為什麼不用氫燃料？

用甲烷的原因很簡單，甲烷不積碳！因為液氧煤油機有一個燃氣發生器的渦輪泵，這是泵有兩個渦輪室或者三個渦輪室，一個是高溫燃氣渦輪，另一個是燃料泵渦輪，還有一個是液氧渦輪泵，它們的工作流程是這樣的：

啟動時先將煤油和液氧送入高溫渦輪室燃燒，這些燃氣推動渦輪機工作後帶動液氧和煤油渦輪泵工作泵入燃燒室點燃，高溫燃氣排出尾噴口，火箭發動機啟動。

這個“高溫”渦輪室其實不太耐高溫，因為高溫渦輪製造實在太困難，科學家們想出了一個絕佳的辦法，富燃燃燒或者富氧燃燒降低燃燒室的溫度，由於渦輪泵的流量極高，因此這個高溫渦輪室“工作強度”很大，需要大流量的經過燃料和氧化劑！

而且在閉式迴圈（也稱分級燃燒迴圈或者高壓補燃迴圈）中這些未燃盡的“廢氣”還要送入燃燒室，導致渦輪室壓很高，這個高壓、高流量，再加含碳量比較高的煤油，幾乎符合了和結焦與積碳的所有條件，因此渦輪泵在液氧煤油的條件下工作條件是比較惡劣的，一次性問題都比較難解決，別說多次使用了，這個問題讓人頭大！

甲烷的含碳量沒有煤油那麼高，並且還是氣態燃料，所以將燃料改成液氧甲烷就沒啥問題了，這樣回收火箭的門檻瞬間就降低了一個數量級！那麼問題來了，為什麼不用一點都不會“積碳”的氫燃料？氫氧燒了之後就是水，不是很完美麼？

不用液氫的原因也是挺直接的，液氫密度太低了，只有煤油的10%，液態甲烷還有50%呢，回收火箭的燃料箱體積太大也是一個讓人頭疼的問題，回收難度會直線上升，所以一般情況下回收火箭的燃料基本都是採用液氧甲烷。

YF-130怎麼辦？這個可是國內最大的煤油機！

11月5日航天六院11釋出訊息稱，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！

這臺發動機原來是為CZ-9巨型火箭設計的，也就是帶助推器的“老版本”，助推器+芯級火箭總共會用12臺YF-130發動機，然而現在CZ-9也改成了可回收，這臺發動機剛成功過就無用武之地了？

SpaceX的液氧煤油機回收：能給我們參考嗎？

各位應該很清楚SpaceX的獵鷹-9的火箭發動機Merlin1，這臺就是著名的開式迴圈（燃氣發生器迴圈）的液氧煤油機，而且還是回收版，SpaceX中回收最多的也是這臺發動機，所以我們的YF-130也能參考SpaceX的方式改成回收版？

答案是可能很難，因為Merlin1發動機是開式迴圈，高壓燃氣渦輪（預燃室）不完全燃燒後的“廢氣”是直接排出外界的，並沒有像YF-130送入燃燒室再燒一遍，因此它的海平面比衝只有282秒，而YF-130的海平面比衝達到了308秒。

右邊噴出的就是預燃室的“廢氣”

YF-130的比衝更高，燃料利用率也更高，Merlin1發動機雖然比衝低了，但高溫渦輪燃燒室室壓也低了，只有9。7MPa（YF-130高達22MPa），好處是低室壓的條件下結焦和積碳情況大大好轉，為馬斯克回收創造了條件。

不過馬斯克在星艦（完全回收型超重型火箭）上用的發動機Raptor（猛禽）發動機就是液氧甲烷，而且是難度極高的全流量分級燃燒迴圈，室壓高達30Mpa，比衝達到了327秒，估計是地球上目前最優秀的液氧甲烷發動機了。

猛禽發動機的結構示意圖

從SpaceX的經驗中我們可以發現，YF-130可能無法向可回收版本改進！不過並不是說可回收時代就沒有不可回收的火箭了，完全不是，只要有好的發動機，比沖和成本可以做到一定閾值下，那麼它依然能成為最優秀的發動機，比如RD-180！

因為回收帶來的好處是重複利用，但壞處則是載荷減小了，雖然可以用可回收的火箭以不可回收的發射方式去發射更大的載荷，但仍然無法和一次性火箭比拼運載能力，優秀的不可回收火箭發動機未來還有一段時間的過渡期，看得更遠一點，可回收和不可回收都將被空天飛機取代，到那時各位才會發現，火箭不過是一個古老時代才有的一種特殊交通工具！

TAG: CZ回收火箭渦輪發動機