发动机
发动机是整枚火箭里信息密度最高的部件:烧什么、怎么把推进剂送进燃烧室、涡轮的废气去了哪里——这三个问题基本决定了一枚火箭能做什么、不能做什么。每一型都成对写「换来了什么 / 代价是什么」。
发动机是怎么工作的
可交互剖面图拆解每个部件、六种动力循环的流程图对比,以及比冲、扩张比、节流这些反复出现的概念。
室压与比冲
横轴是燃烧室压力(衡量循环的先进程度),纵轴是真空比冲(衡量效率)。同一循环的发动机会聚成一团——这张图基本就是「循环决定性能上限」的可视化。
—
动力循环
推进剂
国家 / 地区
73 / 73 型发动机
五段固体助推器
固体
有史以来推力最大的固体火箭发动机:单枚 16,000 kN。
- 单台推力
- 16,000 kN
- 真空比冲
- 269 s
- 燃烧室压力
- —
用于: 太空发射系统
RSRM 可复用固体火箭发动机
固体
史上飞行过的最大固体火箭发动机,也是挑战者号失事的地方。
- 单台推力
- 12,450 kN
- 真空比冲
- 268 s
- 燃烧室压力
- —
用于: 航天飞机
RD-170
分级燃烧循环
推力最大的液体火箭发动机,至今无人超越:一泵四室,7,904 kN。
- 单台推力
- 7,257 kN
- 真空比冲
- 337 s
- 燃烧室压力
- 245 bar
用于: 能源号
P241 固体发动机
固体
Ariane 5 的两枚 EAP,每枚装 240 t 药柱,提供起飞推力的 92%。
- 单台推力
- 7,080 kN
- 真空比冲
- 275 s
- 燃烧室压力
- —
用于: 阿丽亚娜五号 ECA
F-1
燃气发生器循环
迄今飞行过的推力最大的单燃烧室液体火箭发动机。
- 单台推力
- 6,770 kN
- 真空比冲
- 304 s
- 燃烧室压力
- 70 bar
用于: 土星五号
S139
固体
PSLV 的固体第一级,印度火箭最可靠的一环。
- 单台推力
- 4,800 kN
- 真空比冲
- 269 s
- 燃烧室压力
- —
用于: 极轨卫星运载火箭
P120C
固体
世界最大的整体式碳纤维壳体固体发动机,一款零件撑起欧洲两条产线。
- 单台推力
- 4,650 kN
- 真空比冲
- 278.5 s
- 燃烧室压力
- —
用于: 织女星 C / 阿丽亚娜六号
RD-180
分级燃烧循环
美国买了二十年的俄罗斯发动机,也是美国国家安全发射体系里最大的一处依赖。
- 单台推力
- 3,827 kN
- 真空比冲
- 337.8 s
- 燃烧室压力
- 257 bar
用于: 宇宙神五号
S200
固体
世界第三大的固体助推器,LVM3 起飞时唯一在工作的动力。
- 单台推力
- 3,578 kN
- 真空比冲
- 274.5 s
- 燃烧室压力
- —
用于: LVM3(GSLV Mk III)
RS-68A
燃气发生器循环
推力最大的氢氧发动机,用性能换成本的典型样本。
- 单台推力
- 3,137 kN
- 真空比冲
- 412 s
- 燃烧室压力
- 97 bar
用于: 德尔塔四号重型
猛禽真空版 RVac
全流量分级燃烧
Raptor 的大扩张比真空版,只在轨道段工作。
- 单台推力
- 2,530 kN
- 真空比冲
- 380 s
- 燃烧室压力
- 300 bar
用于: 星舰 / 超重型助推器
SRB-A3
固体
H-IIA 的固体助推器,一次失败后被重新设计的那一款。
- 单台推力
- 2,520 kN
- 真空比冲
- 284 s
- 燃烧室压力
- —
用于: H-IIA
BE-4
分级燃烧循环
美国在 RD-180 断供后的替代方案,同时供应蓝色起源自家火箭与竞争对手 ULA。
- 单台推力
- 2,400 kN
- 真空比冲
- 340 s
- 燃烧室压力
- 134 bar
用于: 火神-半人马座 / 新格伦
猛禽 2
全流量分级燃烧
史上第一款投入实际飞行的全流量分级燃烧(FFSC)发动机。
- 单台推力
- 2,255 kN
- 真空比冲
- 350 s
- 燃烧室压力
- 300 bar
用于: 星舰 / 超重型助推器
SRB-3
固体
为降本而主动做减法:取消了喷管摆动机构。
- 单台推力
- 2,158 kN
- 真空比冲
- 283.6 s
- 燃烧室压力
- —
用于: H3
GEM 63XL
固体
碳纤维缠绕壳体的固体助推器,火神靠 0–6 枚的配置覆盖全运力谱系。
- 单台推力
- 2,027 kN
- 真空比冲
- 279 s
- 燃烧室压力
- —
用于: 火神-半人马座
RD-0120
分级燃烧循环
苏联唯一飞行过的大推力氢氧发动机,性能与 RS-25 相当,只飞了两次。
- 单台推力
- 1,961 kN
- 真空比冲
- 455 s
- 燃烧室压力
- 218 bar
用于: 能源号
RD-191
分级燃烧循环
RD-170 家族的单燃烧室末端产物:一套核心技术切成四分之一。
- 单台推力
- 1,922 kN
- 真空比冲
- 337.5 s
- 燃烧室压力
- 262 bar
用于: 安加拉 A5
RS-25(SSME)
分级燃烧循环
效率最高的量产液体火箭发动机,也是最贵、最难维护的一台。
- 单台推力
- 1,860 kN
- 真空比冲
- 452.3 s
- 燃烧室压力
- 207 bar
用于: 航天飞机 / 太空发射系统
NK-15V
分级燃烧循环
NK-15 的真空型,装在 N1 二级上,一次都没点着过。
- 单台推力
- 1,755 kN
- 真空比冲
- 346 s
- 燃烧室压力
- 145 bar
用于: N1 运载火箭
RD-275M
分级燃烧循环
质子号一级用了六十年的发动机,自燃推进剂里的分级燃烧机。
- 单台推力
- 1,746 kN
- 真空比冲
- 316 s
- 燃烧室压力
- 165 bar
用于: 质子-M
AJ-60A
固体
当时飞行过的最大单段固体助推器,Atlas V 的运力调节旋钮。
- 单台推力
- 1,688 kN
- 真空比冲
- 279 s
- 燃烧室压力
- —
用于: 宇宙神五号
NK-15
分级燃烧循环
世界第一款富氧分级燃烧煤油机,装在一枚四次全败的火箭上。
- 单台推力
- 1,510 kN
- 真空比冲
- 331 s
- 燃烧室压力
- 145 bar
用于: N1 运载火箭
LE-9
膨胀循环
把「只能做上面级」的膨胀循环推到 1,471 kN 的一级发动机。
- 单台推力
- 1,471 kN
- 真空比冲
- 425 s
- 燃烧室压力
- 100 bar
用于: H3
火神 2
燃气发生器循环
Ariane 5 芯级唯一的主发动机,从地面点火工作到 T+540 s。
- 单台推力
- 1,390 kN
- 真空比冲
- 431 s
- 燃烧室压力
- 117 bar
用于: 阿丽亚娜五号 ECA
火神 2.1
燃气发生器循环
火神 2 的低成本改进型:性能不动,制造方式全改。
- 单台推力
- 1,370 kN
- 真空比冲
- 431 s
- 燃烧室压力
- 116 bar
用于: 阿丽亚娜六号
Zefiro-40
固体
织女星 C 的第二级,也是它停飞两年的原因。
- 单台推力
- 1,304 kN
- 真空比冲
- 293.5 s
- 燃烧室压力
- —
用于: 织女星 C
YF-100
分级燃烧循环
中国第一款大推力富氧分级燃烧发动机,撑起了整个新一代长征系列。
- 单台推力
- 1,200 kN
- 真空比冲
- 335 s
- 燃烧室压力
- 180 bar
用于: 长征七号 / 长征五号
LE-7A
分级燃烧循环
主动把性能调低、把可靠性调高的分级燃烧氢氧机。
- 单台推力
- 1,098 kN
- 真空比冲
- 440 s
- 燃烧室压力
- 120 bar
用于: H-IIA
J-2
燃气发生器循环
美国第一款实用氢氧发动机,也是第一款能在真空中重启的大推力发动机。
- 单台推力
- 1,028 kN
- 真空比冲
- 421 s
- 燃烧室压力
- 53 bar
用于: 土星五号
梅林 1D 真空版
燃气发生器循环
Merlin 的真空版:扩张比 165,喷管延伸段为铌合金辐射冷却。
- 单台推力
- 981 kN
- 真空比冲
- 348 s
- 燃烧室压力
- 97 bar
用于: 猎鹰重型 / 猎鹰九号 Block 5
梅林 1D
燃气发生器循环
推重比最高的量产液体火箭发动机之一,为高频复用而生。
- 单台推力
- 845 kN
- 真空比冲
- 311 s
- 燃烧室压力
- 97 bar
用于: 猎鹰重型 / 猎鹰九号 Block 5
RD-107A
燃气发生器循环
RD-107 的现代化版本——七十年里推力总共只涨了不到 5%。
- 单台推力
- 838 kN
- 真空比冲
- 320 s
- 燃烧室压力
- 60 bar
用于: 联盟-2.1b
RD-107
燃气发生器循环
四燃烧室共用一套涡轮泵,苏/俄多室发动机传统的起点。
- 单台推力
- 814 kN
- 真空比冲
- 306 s
- 燃烧室压力
- 58 bar
用于: R-7 / 卫星号
维卡斯(Vikas)
燃气发生器循环
源自法国 Viking 的国产化型号,撑起印度所有中大型火箭四十年。
- 单台推力
- 799 kN
- 真空比冲
- 293 s
- 燃烧室压力
- 58 bar
用于: 极轨卫星运载火箭 / LVM3(GSLV Mk III)
RD-108A
燃气发生器循环
芯级版本,四燃烧室 + 4 个游机,工作到 T+286 s。
- 单台推力
- 792 kN
- 真空比冲
- 320 s
- 燃烧室压力
- 58 bar
用于: 联盟-2.1b
RD-108
燃气发生器循环
与 RD-107 同源的芯级版本,多两个游动喷管以独立承担三轴控制。
- 单台推力
- 745 kN
- 真空比冲
- 315 s
- 燃烧室压力
- 51 bar
用于: R-7 / 卫星号
YF-22B
燃气发生器循环
二级主机,固定安装、不参与姿态控制。
- 单台推力
- 742 kN
- 真空比冲
- 298 s
- 燃烧室压力
- 71 bar
用于: 长征三号乙 / 长征二号F
YF-20B
燃气发生器循环
源自东风五号的中国第一代主力发动机,四台并联成 YF-21C 机组。
- 单台推力
- 740 kN
- 真空比冲
- 289 s
- 燃烧室压力
- 71 bar
用于: 长征三号乙 / 长征二号F
YF-25
燃气发生器循环
长征系列助推器用的 YF-20 派生型,中国捆绑火箭三十年的基础。
- 单台推力
- 740 kN
- 真空比冲
- —
- 燃烧室压力
- 74 bar
用于: 长征三号乙
KRE-075
韩国航空宇宙研究院(KARI) · 2021
燃气发生器循环
韩国第一款自研大推力液体火箭发动机,一款机同时担起一级与二级。
- 单台推力
- 735 kN
- 真空比冲
- 315 s
- 燃烧室压力
- 60 bar
用于: 世界号(KSLV-II)
PSOM-XL
固体
PSLV 的捆绑助推器,靠点火时序把起飞过载摊平。
- 单台推力
- 719 kN
- 真空比冲
- 262 s
- 燃烧室压力
- —
用于: 极轨卫星运载火箭
BE-3U
膨胀循环
由亚轨道火箭 New Shepard 的 BE-3 发展而来的真空版膨胀排放循环机。
- 单台推力
- 710 kN
- 真空比冲
- 445 s
- 燃烧室压力
- 100 bar
用于: 新格伦
YF-77
燃气发生器循环
中国唯一的大推力氢氧发动机,也是长征五号研制中最难的一环。
- 单台推力
- 700 kN
- 真空比冲
- 430 s
- 燃烧室压力
- 102 bar
用于: 长征五号
天鹊 TQ-12
燃气发生器循环
中国第一款投入飞行的大推力液氧甲烷发动机。
- 单台推力
- 657 kN
- 真空比冲
- 320 s
- 燃烧室压力
- 100 bar
用于: 朱雀二号
RD-0213
分级燃烧循环
质子号三级主机,配一台四喷管游动发动机做姿控。
- 单台推力
- 583 kN
- 真空比冲
- 325 s
- 燃烧室压力
- 147 bar
用于: 质子-M
RD-0210
分级燃烧循环
质子号二级的分级燃烧发动机,四台一组。
- 单台推力
- 582 kN
- 真空比冲
- 327 s
- 燃烧室压力
- 147 bar
用于: 质子-M
NK-21
分级燃烧循环
N1 第三级的发动机,同样没有飞行记录。
- 单台推力
- 402 kN
- 真空比冲
- 353 s
- 燃烧室压力
- 90 bar
用于: N1 运载火箭
Zefiro-9
固体
织女星系列的第三级,初代与 C 型共用。
- 单台推力
- 314 kN
- 真空比冲
- 296 s
- 燃烧室压力
- —
用于: 织女星 C
RD-0124
分级燃烧循环
四燃烧室富氧分级燃烧上面级机,煤油机中真空比冲最高的量产型号之一。
- 单台推力
- 294 kN
- 真空比冲
- 359 s
- 燃烧室压力
- 162 bar
用于: 联盟-2.1b
RD-0124A
分级燃烧循环
真空比冲 359 s——所有煤油火箭发动机里的最高值。
- 单台推力
- 294 kN
- 真空比冲
- 359 s
- 燃烧室压力
- 157 bar
用于: 安加拉 A5
A4 发动机
挤压式
人类第一款大型泵压式液体火箭发动机,此后所有火箭发动机的原型。
- 单台推力
- 245 kN
- 真空比冲
- 239 s
- 燃烧室压力
- 15 bar
用于: V-2 / A4
HPS3
固体
PSLV 的固体第三级,在真空里只负责堆速度。
- 单台推力
- 240 kN
- 真空比冲
- 295 s
- 燃烧室压力
- —
用于: 极轨卫星运载火箭
CE-20
燃气发生器循环
印度在技术转让被叫停后自研二十年的成果。
- 单台推力
- 200 kN
- 真空比冲
- 443 s
- 燃烧室压力
- 60 bar
用于: LVM3(GSLV Mk III)
YF-115
分级燃烧循环
新一代长征上面级的小推力富氧分级燃烧机,四台一组直接管三轴姿控。
- 单台推力
- 180 kN
- 真空比冲
- 341.5 s
- 燃烧室压力
- 120 bar
用于: 长征七号
Vinci
膨胀循环
让阿丽亚娜从「专发大 GEO 卫星」变成通用火箭的那一台。
- 单台推力
- 180 kN
- 真空比冲
- 457 s
- 燃烧室压力
- 61 bar
用于: 阿丽亚娜六号
LE-5B
膨胀循环
膨胀排放循环的代表作,服役至今零飞行故障。
- 单台推力
- 137 kN
- 真空比冲
- 447 s
- 燃烧室压力
- 36 bar
用于: H-IIA
LE-5B-3
膨胀循环
H3 的上面级发动机:一级冒险,二级求稳的那个「稳」。
- 单台推力
- 137 kN
- 真空比冲
- 448 s
- 燃烧室压力
- 36 bar
用于: H3
RL10B-2
膨胀循环
带可展开喷管延伸段,真空比冲 462 s——化学火箭发动机的比冲纪录保持者。
- 单台推力
- 110 kN
- 真空比冲
- 462 s
- 燃烧室压力
- 44 bar
用于: 德尔塔四号重型 / 太空发射系统
RL10C-1
膨胀循环
服役六十年的 RL10 家族在半人马座上的现役型号。
- 单台推力
- 106 kN
- 真空比冲
- 449.7 s
- 燃烧室压力
- 44 bar
用于: 宇宙神五号
RL10C-1-1
膨胀循环
RL10 家族的现役成员——同一族发动机自 1962 年服役至今。
- 单台推力
- 106 kN
- 真空比冲
- 453.8 s
- 燃烧室压力
- 44 bar
用于: 火神-半人马座
天鹊 TQ-11
燃气发生器循环
二级游动发动机,负责姿态控制与末速精调。
- 单台推力
- 98 kN
- 真空比冲
- 338 s
- 燃烧室压力
- —
用于: 朱雀二号
YF-75D
膨胀循环
中国第一款膨胀循环发动机,可多次启动。
- 单台推力
- 88 kN
- 真空比冲
- 442 s
- 燃烧室压力
- 41 bar
用于: 长征五号
YF-75
燃气发生器循环
中国第一代实用氢氧上面级发动机,撑起了长征三号系列三十年的 GTO 任务。
- 单台推力
- 79 kN
- 真空比冲
- 438 s
- 燃烧室压力
- 37 bar
用于: 长征三号乙
KRE-007
韩国航空宇宙研究院(KARI) · 2021
燃气发生器循环
世界号的第三级发动机,也是首飞失败的那一级。
- 单台推力
- 69 kN
- 真空比冲
- 325 s
- 燃烧室压力
- 50 bar
用于: 世界号(KSLV-II)
HM7B
燃气发生器循环
源自 Ariane 4 的成熟氢氧上面级发动机,服役四十余年。
- 单台推力
- 67 kN
- 真空比冲
- 446 s
- 燃烧室压力
- 37 bar
用于: 阿丽亚娜五号 ECA
YF-23B
燃气发生器循环
二级游动发动机,四台可摆动,负责姿态控制与末速精调。
- 单台推力
- 47 kN
- 真空比冲
- 289 s
- 燃烧室压力
- —
用于: 长征二号F
OMS 轨道机动发动机(AJ10-190)
挤压式
航天飞机的入轨与离轨发动机,AJ10 家族在轨道上的一个分支。
- 单台推力
- 27 kN
- 真空比冲
- 316 s
- 燃烧室压力
- 8.6 bar
用于: 航天飞机
卢瑟福
电泵循环
世界第一款投入轨道飞行的电泵循环发动机,主要承力件全部 3D 打印。
- 单台推力
- 24 kN
- 真空比冲
- 343 s
- 燃烧室压力
- 55 bar
用于: 电子号
S5.98M(微风-M 主机)
燃气发生器循环
质子号与安加拉共用的上面级发动机,可重启八次。
- 单台推力
- 20 kN
- 真空比冲
- 328 s
- 燃烧室压力
- 98 bar
用于: 安加拉 A5
PS4 发动机
挤压式
推力只有 7.6 kN,却决定了 PSLV 全部的入轨精度。
- 单台推力
- 8 kN
- 真空比冲
- 308 s
- 燃烧室压力
- 15 bar
用于: 极轨卫星运载火箭
MEA(RD-843)
南方设计局(Yuzhnoye) · 2012
挤压式
织女星第四级 AVUM 的主发动机,整枚火箭的精度都靠它。
- 单台推力
- 2 kN
- 真空比冲
- 315.5 s
- 燃烧室压力
- 10 bar
用于: 织女星 C
居里
挤压式
Kick Stage 上的小型可多次点火发动机,把每颗小卫星送到各自的精确轨道。
- 单台推力
- 0 kN
- 真空比冲
- 320 s
- 燃烧室压力
- —
用于: 电子号