写在长征5复飞之际谈谈美俄火箭发动机的发展轨迹
经过我国航天人的不懈奋斗，长征5号遥3在2019年12月27日晚复飞成功，并且尽善尽美，修复了所有故障点。这充分说明，航天无小事，任何一点错误不排除，就无法完成整个系统使命。在此，本人由衷祝贺中国航天的伟大成绩，为身为一个中国人而感到自豪与光荣。
本文也想趁这个机会回忆一下历史上美俄火箭发动机发展历程。在历史上，因为一些原因，美俄发动机实际上沿着非常不同的路线发展，而且都很有成就。
历史上第一个成熟的火箭就是冯布劳恩设计的V-2导弹，采用液氧——酒精燃料，过氧化氢驱动涡轮泵供油，由于德国战败后冯布劳恩前往美国（负责接收他的美国负责人即为冯卡门，时任美国陆军少将），因此美国火箭也是V-2直系，冯布劳恩更是直接设计了土星5号;冯卡门的得意门生，也是迄今为止唯一一个保留中国国籍的美国陆军上校，钱学森负责了直接与冯布劳恩沟通，因此钱学森回国后，中国火箭也算是V-2直系;苏联虽然没取得高端德国火箭专家，但苏联俘虏大量基层技术人员并把V-2生产设施搬到苏联，因此也仿制了V-2火箭。不过，由于苏联科罗廖夫等专家的存在，苏联火箭发动机就没走冯布劳恩的单个大燃烧室方向。
美国：单燃烧室发动机及固体火箭发动机
得益于冷战不计成本的投资以及美国在材料学的长期积累，美国火箭从冷战一开始就走向了单燃烧室大推力火箭发动机的路线。虽然单个燃烧室随着尺寸增大，燃烧工况也越来越难计算（为研究巨型燃烧室工况，F1烧掉了250000燃料，并且用环形炸药一点点炸出巨型喷口的气体膨胀数据），但单个燃烧室特点是一旦技术稳定，就会变得非常可靠，美国历史上从土星五号以来，几乎没有发生因主发动机故障引发的事故。
但是单个大喷口的设计，生产，焊接（尤其是波纹冷却管焊接，中国目前只有高凤祥一个人能做到焊接大型氢氧发动机管道，他一个人焊接了40%长征火箭发动机）非常复杂，单个引擎成本巨大，因此美国ULA火箭发动机（主要是洛克达因）一直很贵。
苏联/俄罗斯：独具特色的多燃烧室发动机
和美国不同，从1950年代苏联成功学会V-2导弹后，苏联火箭发动机就走上了另一条路：多喷口发动机。自从R-7火箭以来，绝大部分苏联起飞级发动机（不含能源的RD-0120氢氧发动机）都是多个燃烧室的设计。比如说采用燃气发生器循环的RD-107/108，采用分级燃烧的RD170和RD-268（R-36M撒旦导弹的可储存燃料发动机），都有4个喷口;以RD-170开发的降低推力的RD-180（出口美国，用于阿特拉斯5）有两个喷口，出口韩国的RD-191有一个喷口（罗老号）。RD170可以追溯到N1失败，N1失败后，苏联决定开发大推力发动机以取代当时技术不成熟的多发动机设计（迄今成功的最多发动机火箭即为马斯克重型猎鹰，长征5也有10个发动机），多喷口设计能够大大降低F1这类单个大喷口发动机的燃烧室设计难度，但对涡轮泵和管道要求较大。RD170的发动机设计用了十年，测试中不断发生故障，1983年天顶号使用降低推力（600吨）的版本测试引发大爆炸，之后有人提出回归N1的多发动机（用剩余的nk33），或者搞类似美国的固体推进器，后来都被否决（NK33虽然可靠 ，但大家都对n1大爆炸心有余悸;固体推进器样品做出来后，发现太大，没有铁路能把500吨的助推器弄到拜科努尔，并且在零下40度的冬季固体推进器无法使用），RD-170无法解决铝颗粒进入涡轮泵（被怀疑是震动导致的，类似YF77的引发涡轮断裂的共振），于是崇尚简单粗暴的苏联直接增加一个滤网😷，总算是摆平了涡轮爆炸，以RD170的涡轮泵衍生的RD120（后来乌克兰把若干RD120以废铁名义卖给中国，即长征5的YF100前身）在1985出现问题，后来解决后，1987年能源终于试飞成功，1988发射暴风雪成功。由此可见，多个燃烧室虽然可以避免F1的火焰不稳定问题，但对于整体设计，尤其是涡轮泵，管道，共振要求更高，因此也是有利有弊的。
无论如何，从最终结果看，美俄都解决了大推力发动机的设计问题和制造问题，而从中的各种平衡与取舍，也是值得我们借鉴和学习的。
