工欲善其事必先利其器，我們要去火星，肯定要有運載火箭。今天我們繼續聊聊運載火箭的動力。
大家最關心的肯定還是最近發射成功的長征五號，因為只有它，才有足夠的推力，能夠發射火星探測器，能夠運載宇宙空間站的成型段落，甚至有可能分段搬運載人登月艙。但是大家恐怕也瞭解，其目前採用的YF-100液氧煤油發動機、YF-77氫氧發動機的推力，相對來說還不是很令人自信。
國際公開資料顯示，美國宇宙神5火箭使用引進的俄羅斯RD-180液氧煤油發動機，真空最大推力4320千牛，真空比衝337.8秒；
俄羅斯質子火箭的RD-253液氧煤油發動機雖然相當老舊，但使用分級燃燒循環設計，真空最大推力仍然達到1830千牛，真空比衝316秒。
在氫氧發動機方面，美國的德爾塔4火箭使用本國普惠公司生產的RD-68大推力氫氧發動機，這也是世界上推力最大的氫氧發動機，真空最大推力3445千牛，真空比衝409秒；
歐空局的Ariane5火箭使用法國斯奈克瑪公司的Vulcain2氫氧發動機，真空最大推力1340千牛，真空比衝431秒；
日本H-IIA/IIB使用本國的LE-7A氫氧發動機，最大推力1098千牛，真空比衝442秒。
相對來看，YF-100液氧煤油發動機真空最大推力為1340千牛，真空比衝約330秒；
YF-77液氧液氧發動機真空最大推力約為70千牛，真空比衝428秒。
在主要的地面啟動液氧煤油發動機中，YF-100性能僅僅超過了老式的RS-27、RD-107和SpaceX廉價的Merlin等發動機，YF-77液氫液氧發動機更是在主流氫氧發動機中推力和比衝雙墊底。
不過，大家也不要過分灰心了。
千里之行始於足下，導致這個結果是因為我們的航空產業佈局導致的。在21世紀的前15年當中，我們把主要的注意力放在探月設備和載人航天器的方面，火箭這方面由於沒有大項目需求，所以是以沿用為主，創新為輔。
相信接下來登月項目將會引發新一波動力投入熱潮。屆時，以我國目前的財力和人員儲備以及產業優勢而言，說不定會有新的驚喜出現。
今天我們還是簡單介紹下人類有史以來推力最大的液氧煤油發動機-前蘇聯RD-170，以及為什麼是前蘇聯人把它造了出來，美國人反而不行呢？
圖片來自“小火箭”，向邢強博士致敬！
提這個問題是很有意思的。因為大家都知道目前為止人類推力最大的運載火箭-土星五號，是美國人的產品，蘇聯人沒有與之匹敵的火箭，但蘇聯人卻有世界上推力最大的液氧煤油發動機？這不是很矛盾嗎？
土星五號之所以名叫土星五號，是因為該型火箭是木星系列火箭的後繼型號，而且採用了五臺巨大的F-1發動機。由於巨大的F-1發動機的尾噴管令人印象深刻，於是“土星五號”這個名字也就水到渠成了。
沒人能否定F-1火箭發動機的強大，除了RD-170。
根據參數，我們可以對比一下這兩款發動機：
火星叔製作
大家仔細看下就會發現，兩款發動機在很多方面還算是打得有來有回，但是燃燒室壓力一項，RD-170幹得F-1毫無脾氣，竟然比F-1高出兩倍多！
要知道，燃燒室壓力越大，自然就可以得到更大的推力提升！
難道美國的科技不香嗎？為什麼在這一項上面，兩國差距如此懸殊呢？
1974年5月，考慮到屢次發射失敗和美國已經率先實現了登月，蘇聯政府取消了原本為蘇聯登月計劃開發的N-1重型運載火箭。該型火箭本來是對標美國土星五號，為此蘇聯科學家給它配置了密密麻麻的的尾噴口，結果在4次發射試驗中總有一兩發失敗，導致全部發射全部失敗。
作為調整方案，蘇聯開始了對能源號火箭的方案論證工作，以便為實現未來的空間開發計劃打下基礎。
為此，就需要上馬RD-170火箭發動機。
一枚RD-170就擁有4個燃燒室，自然也就有了4個尾噴口，它還擁有一個合用的渦輪泵和兩個預燃室，整個渦輪泵系統還包括有1臺氧化劑泵，1臺兩級燃料泵。
那麼為什麼RD-170要用4個燃燒室和尾噴管呢？因為蘇聯科技總體來說還是要比美國低，蘇聯科學家對於大噴管液氧煤油發動機的燃燒不穩定性，還沒有十足的把握。
這方面美國人更加燒得起錢，在研製F-1火箭的過程中，他們用了3年時間，做了2000次燃燒試驗，甚至把炸藥放到燃燒室裡，人為製造不穩定，這樣一套過程走下來，美國科學家相對來說對燃燒規律就吃得更透一些。所以，嗯，一個F-1就一個燃燒室。否則火星五號就該改名叫土星二十號了。
藍鵝，正是在這2000次燃燒實驗中，美國人也發現一個問題，就是當他們設定較高的燃燒室壓力時，發現燃燒室內壁上結焦了！
這就好像，抽菸多的人，肺部會覆蓋一層厚厚的焦炭一樣。採用煤油作為燃料時，提煉不夠純的煤油，會有一些微量物質燃燒不充分，析出黏附在燃燒室內壁上，而且燃燒時間越長，黏附就越嚴重，當黏附到一定程度時，就會導致燃燒室工作慢慢變得無效，甚至引發爆炸。
所以，最終F-1就把燃燒室壓力控制在了7MPa這個數字上，這已經是無數科學家研究下來最合理的一個數字了。
回望每一項科學研究，我們都可以發現類似的情況，理論和現實之間的差距，要用無數的金錢和人力去進行填補，而且有些項目如果不嘗試一下，你都不知道這個坑有多深。
所以很多時候，大家也不要埋怨我們中國的科技現在還不是世界第一，這不是靠拍腦袋就能拍出來的，而是無數的錢啊！如果大家想為中國科技添磚加瓦，嗯，那麼好好工作，按規納稅就是最好的支持了！
話說回來，土星五號的F-1發動機是60年代初的技術，到了80年代，蘇聯人研製RD-170的時候，他們完全不知道還會發生這樣的事情。因為他們也做了無數的實驗，並沒有遇到20年前美國人遭遇的結焦現象！
90年代蘇聯翻篇以後，兩國科學家有了更多合作機會，美國甚至買了蘇聯的RD-180發動機作為阿特拉斯系列火箭的動力。這RD-180就是RD-170的進化版，把4個燃燒室減少為兩個。有了這些交流，美國人才發現：啊？你們沒遇到結焦問題？這怎麼可能？
兩燃燒室的RD-180
美國買了俄羅斯RD-180發動機做出了阿特拉斯系列火箭 上圖是阿特拉斯5號發射一枚軍事衛星的延時曝光照片
原來，蘇聯擁有豐富的石油和天然氣儲量。時至今日，俄羅斯依然是世界能源輸出大國，他們向西歐輸送的天然氣，佔了歐盟能源獲得相當的比重。
而前蘇聯擁有的巴庫地區的石油，品質上乘，最關鍵的是，含硫量極低。
巴庫地區林立的油井
美國的煤油中，硫含量通常在50PPM，而蘇聯則盛產硫含量小於20PPM的高品質萘基油。
美國人到這時才恍然大悟，煤油並不是一定會結焦的，如果其中含有的硫等雜質減少的話，也可以提升燃燒室壓力。
不過，這時候已經到了上世紀90年代，美國人早已放棄在液氧煤油發動機方面的深入研究，而把眼光放到了更有前途的氫氧發動機方面了。當然，在這個方面，他們又做出了全世界推力最大的氫氧發動機RS-68和RS-68A，也就是德爾塔系列火箭的動力。
所以，前蘇聯和俄羅斯陰差陽錯地，就成了液氧煤油發動機方面的執牛耳者，RD-170和後續改進型號RD-171和RD-180雖然沒能在本國為人類登月貢獻力量，但也為全球航天事業做出了自己不可磨滅的貢獻。
RD-171
目前，我們長征五號火箭標誌著我們目前的科技水平，如果與美蘇對比，我們清醒地知道我們還不佔優。
1992年，世界唯二的超級大國蘇聯解體了，1993年，俄羅斯總理切爾諾梅爾金、海軍司令格魯莫夫在烏克蘭總理庫奇馬的陪同下來到黑海造船廠，研究把“瓦良格”號航母建造完畢、並移交給俄羅斯的可能性。這條航母本來是前蘇聯政府撥款建造的，烏克蘭方面要求俄方付出全部造價，即以一條完整的軍艦出售，而不是俄方認為的未付的32%。
不過，錢還是小事，當時的造船廠廠長馬卡羅夫此時報告道：“‘瓦良格’號不可能再完工了……”
大家非常驚訝，問道：“為了讓航母瓦格良號完工，工廠究竟需要什麼？”
馬卡洛夫回答道：“我們需要蘇聯、黨中央、國家計劃委員會、軍事工業委員會和九個國防工業部。600個相關專業、8000家配套廠家，總之需要一個偉大的國家才能完成他。”
在場的人，通過馬卡洛夫的話，終於明白了：蘇聯並不是一個偉大的國家，她沒有資格將“瓦良格”號建成。此後俄烏之間對此艦仍有協商，但都是無果而終。後來“瓦”艦最終的歸宿，大家一定比我還要清楚。
所以小夥伴們，不要著急，如果中國是一個偉大的國家，我們一定會有全世界推力最強的火箭發動機的！
閱讀更多 火星社會 的文章
