长征九号重型火箭新节点：两型发动机整机装配完成，梦想照进现实

德尔塔-4、长征五号、猎鹰-9号、阿丽亚娜-5、质子M、安加拉-A5这些经典的大型运载火箭近地轨道运力都可达20吨级，它们可以承揽当今世界任何一款近地轨道航天器发射业务，比大型运载火箭能力更强的则是重型运载火箭。

2018年SpaceX公司首飞成功的猎鹰重型是一款以猎鹰9号为基础打造的CBC通用芯级构型的“准重型火箭”，其近地轨道运力63吨、地球同步转移轨道运力26.7吨，迄今为止共执行了3次发射任务，与运力更低档的猎鹰-9号相比发射次数显然要少得多，原因主要有两点。

首先，综合猎鹰重型两次应用性发射以及后续订单看，高轨发射是其主要业务定位，猎鹰-9号则聚焦低轨业务，而高轨发射作为高价值业务本身规模有限；

其次，猎鹰重型需要同步实施三枚助推段垂直回收任务，就目前任务表现而言仍然存在诸多技术不确定因素，因此星链星座当前仍然主要由运力较低的猎鹰-9号承担，回收可靠性更高。

猎鹰重型虽然发射次数少但仍然是SpaceX公司布局高轨业务不可或缺的重要运输载具。

“火箭运力有多大，航天舞台就有多大”，这是航天界口口相传的一条金科玉律，随着以天基互联网星座为代表动辄规模达上万颗卫星的批量入轨业务、以空间太阳能电站为代表的大规模高轨航天基建、以载人月球载人火星为代表的深空探测等一系列超大规模空间进入需求的出现，对火箭运力的要求也越来越高。

不论是大型火箭亦或者类似“猎鹰重型”的准重型火箭，当它们面向这些未来需求时也将力不从心，因此发展真正的重型火箭已经成为各航天强国的头等重任。

重型运载火箭是综合实力的全面考验，首先需要雄厚的资金支持，光有钱也不行，还需要完善的上下游产业链，有了产业链只是一个基础，重型火箭面临的重大瓶颈技术多达数百项，需要大系统协作攻关，再就是决策意志，即便上述要素皆具备也不够，还要有可持续发展的应用需求，简而言之就是财力、上下游产业链、应用需求、技术协同攻关、决策意志，五位一体缺一不可。

以此五大要素对标全球来看，真正有能力玩转重型火箭的玩家不超过3家，这三家目前正在推进的重型火箭有五款，分别是波音公司的SLS重型火箭、SpaceX公司“超重-星舰”、航天科技一院新一代载人火箭、航天科技一院长征九号重型火箭、俄航天集团叶尼塞号重型火箭。

波音公司SLS重型火箭是NASA“阿尔忒弥斯”载人重返月球计划的主力火箭，也是大洋彼岸唯一有能力将猎户座载人飞船发射至环月轨道的重型火箭，该型火箭有Block1、Block1B、Block2三个迭代型号（每个型号细分载人与货运两个版本），运力分别是近地轨道95吨/地月转移轨道27吨、近地轨道105吨/地月转移轨道40吨、近地轨道130吨/地月转移轨道45吨。

也就是说SLS的终极运力仍然无法超越昔日的土星五号，诗和远方还得先放一边，别说超越土星五号就连最基础的Block1版本波音公司也是举步维艰。

SLS重型火箭在历经十年蹉跎，消耗超过200亿美元之后，今年终于迎来了首次发射的时间窗口，但是天不遂人愿，在1月16日进行的485秒芯级试车过程中一台发动机液压系统触碰飞行软件限值，导致芯级试车仅持续了67秒。

按照正常任务时序SLS芯级也需要打满8分钟，也就是480秒，而67秒是什么概念？此时起飞级两枚助推器还没有分离，NASA给出解释说只要芯级试车持续250秒就可以满足获取火箭通过最大动压区发动机推力水平调节、喷管摆动等关键数据，但这与正常飞行任务所需的480秒时间仍然相差甚远，要知道这是一款高安全高可靠要求的载人型火箭。

SLS重型火箭真的很难吗？对于全球大多数玩家而言这当然是难以企及的高度，但对于波音而言显然不是。因为该型火箭的动力系统全面继承了航天飞机项目遗产，芯级RS-25型200吨级氢氧发动机是航天飞机轨道器主动力，五分段1500吨级固体助推器则是航天飞机四分段固体助推器升级版，甚至芯二级使用的RL-10 B-2也是一款有着二十多年飞行经验的成熟上面级动力。

然而即便有如此优秀的货架产品托底SLS仍旧是步履蹒跚，有成熟动力加持的重型火箭还有俄航天集团的叶尼塞号。

叶尼塞河号是一款三级半火箭，芯级直径4.1米配置一台RD-180液氧煤油发动机，捆绑6枚助推器，每枚助推器配置一台RD-181MV液氧煤油发动机，起飞级总推力约5200吨，近地轨道运力103吨，地月转移轨道运力27吨。

从构型上看叶尼塞河号仍然没有摆脱多级堆砌的影子，它虽然是一款三级半火箭，实际分离时序却相当复杂，大致流程是这样：起飞级动力全部点火起飞、4枚全工况运行助推器分离、两枚节流工作的助推器分离、芯一级分离、芯二级分离、器箭分离，重大分离时序动作多达5次（整流罩分离除外），几乎与上世纪六十年代的N-1重型火箭5级结构如出一辙。

5次分离还没有完，待叶尼塞号火箭成熟后他们还计划再增加一级，使得分离次数达到6次，运力略有上涨，地月转移轨道运力由27吨提升至33吨，这一数据与同时期其他重型火箭相比仍然相差甚远。

叶尼塞号与SLS太空发射系统都有成熟的货架动力产品可供选择，但进展都极为艰难。

进入2021年，俄重型火箭项目又来了一个360度大转弯，受限于拮据的预算情况叶尼塞号火箭被迫暂停，最终他们选择使用安加拉A5系列火箭执行2028年载人环月飞行任务，这一方案类似我们基于长征五号拓展型实施载人月球任务的早期计划。

到头来放眼世界切实推进重型火箭研制的玩家只有太平洋两岸的两大玩家，大洋彼岸有波音的SLS太空发射系统，以及SpaceX公司的“超重-星舰”，前者是成熟稳妥的技术路线，后者风险更大，因此NASA也是两手准备。

我国同样有两款重型运载火箭，分别是新一代载人火箭与长征九号。进入今年以来针对这两款火箭发展的明确信号越来越多，先是航天科技一院总体设计部总体室主任牟宇披露在新的五年规划中持续推进新一代载人火箭和重型运载火箭的研制。

接着是国防科工局副局长吴艳华确认，现在已经确定将研制重型运载火箭长征九号，它最主要的目的就是为了下一步如果有载人登月和载人登火这一些超大型的航天工程，是一个必备的运载工具。

“九”在华夏古代文化中是“至尊之数”，表示无限高远或者深不可测，长征九号以“九”冠名可谓是实至名归，在航天爱好者圈子里有一句话叫做“长九之下皆蝼蚁”，通俗直白地表示了长征九号力拔山兮之伟力。

长征九号在誉满天下的同时也有谤满天下的一面，有人说它构型落后，还没出世就落后，那么真相究竟是怎样的呢？

在谈长征九号之前先把时间倒回到2016年11月3日夜，那一天长征五号遥一发射任务取得成功，实践十七号卫星在远征二号上面级托举下成功进入预定轨道。当晚长征五号大火箭发起人龙乐豪院士在庆功宴上写了一首诗：

诗作第三句点题长征五号奠基长征九号，两款火箭也的确有着千丝万缕的内在联系。

长征五号不仅是新一代无毒无污染火箭的奠基之作，同时也是我国航天彻底摆脱弹道导弹式运载火箭的开局之作，是第一款专门针对航天运输业务研制的运载火箭，凸显专业性。它的成功首先得益于YF-100液氧煤油发动机、YF-77氢氧发动机、YF-75D膨胀循环氢氧发动机三型主动力的研发成功，打通了我国航天液氧煤油与氢氧两类高比冲动力研制的任督二脉，为长征九号的乘胜追击创造了条件。

长征九号与长征五号一样同样需要攻克三型主动力，分别是YF-130型480吨液氧煤油发动机、YF-90型220吨氢氧发动机、YF-79型25吨膨胀循环氢氧高空发动机。

长征五号研发涉及的大直径箭体设计与制造、全尺寸模态试验、大推力发动机试车、三垂测发等项目攻关也为长征九号冲击更高目标开辟了通路。

航天大运载型号是战略项目，特点是研制周期长、耗资巨大、投入人力物力大，因此设计方案与技术路线选择通常是慎之又慎。以长征五号为例，它最早于1986年列入863计划中“大型运载火箭和天地往返运输系统”作为重大探索项目，从那时开始预研工作就已经启动，至长征五号遥一首飞前后历时三十年，型号立项研制时间则是十年。

在长达五年论证过程中诞生了多达数十种组合的型号设计方案，最具代表性的有两级半与三级半两类构型，起飞质量介于3000吨至4200吨之间。

早期3000吨级最大起飞质量版本为三级半构型，芯级直径均为10米，助推器直径3.35米，芯一级配置4台480吨液氧煤油发动机，4枚助推器各1台480吨液氧煤油发动机，芯二级2台200吨级氢氧发动机，芯三级2台72吨氢氧发动机，火箭全长接近100米，该构型近地轨道运力100吨，地月转移轨道运力35吨。

二级半老构型中则分为固体助推与液体助推两种，固体助推版芯级直径均为9米，芯一级5台200吨级氢氧发动机，十字轴对称配置4枚3.5米直径五分段千吨级固体燃料助推器，芯二级1台200吨级氢氧发动机，火箭全长101米，此构型设计深受大洋彼岸战神-5号火箭影响。

二级半构型液体燃料助推版则是固体助推版竞争方案，芯一级4台650吨液氧煤油发动机，捆绑4枚3.35米直径助推器，助推器各1台650吨液氧煤油发动机，芯二级则是2台200吨级氢氧发动机。

在固液两种助推方案竞争中固体助推版处于下风，因为固体燃料通常是燃料耗尽关机，关机时间难以同步，对芯级姿态控制要求更高，同时固体燃料助推难以实现推力调节，而液体燃料可以调节，后者更有利于降低火箭飞行载荷提高性能。例如，去年年底首飞的长征八号就首次运用了推力调节技术，火箭运载效能显著提高。

早期3000吨级老长九地月转移轨道运力仅有35吨，二级半构型虽然运力有所提升，但仍然无法满足载人月球工程需要。

芯一级配置4台YF-130型液氧煤油发动机，四枚助推器由老长九的3.35米直径升级至5米直径，每枚助推器各配置2台YF-130型液氧煤油发动机，起飞级总推力5873吨，芯二级配置两台YF-90型220吨氢氧发动机，芯三级则是4台YF-79型25吨膨胀循环氢氧高空发动机，火箭全长93米，芯一级直径9.5米，芯二级液氢燃料贮箱段直径9.5米，液氧贮箱段箭体直径7.5米，芯三级箭体直径7.5米，最大起飞质量4137吨。

后来此一构型又有了“新三化”设计构型，火箭全长由93米升级至103米，箭体直径、起飞质量、起飞推力、运力指标未变，该构型被认为是长征九号关键技术攻关与方案深化论证阶段立项研制工作中的重要成果。

长征九号最终的真实运力存在宣传口径差异，140吨近地轨道运力、50吨地月转移轨道运力、44吨地火转移轨道运力是经常被提及的运力数据，然长征五号主任设计师何巍也曾披露长征九号近地轨道运力在150吨以上，也有人计算长征九号近地轨道运力甚至可以达到180吨。

综上所述，长征九号确信可以达到的运力是近地轨道运力不低于150吨、地月转移轨道运力不低于50吨、地火转移轨道运力不低于44吨，这意味着长征九号一旦问世毫无疑问将成为人类有史以来最强运力火箭。

即便是SpaceX公司正在攻关的“超重-星舰”也在长征九号之下，生动诠释了“长九之下皆蝼蚁”这句戏谑之言的真谛。

前文提到有人说长征九号开局即落后，那么真相究竟是什么呢？

面对世界第一的运力指标，落后一词显然是有色眼镜作祟，然而他们还会说SpaceX“超重-星舰”代表的箭体全复用才是未来趋势。

首先“超重-星舰”的主要任务是数万颗近地轨道星链卫星组网业务，而长征九号则是瞄准高轨深空，前者虽然也有超百吨近地轨道运力，但地球同步转移轨道运力却仅有21吨，长征九号则是其三倍有余，碾压之势显而易见，至于轨道高度更高的地月转移轨道、地火转移轨道更是同样的逻辑。

另外没有人否认“超重-星舰”应用的火箭箭体全复用与燃料在轨补加两大技术的长远优势，长征九号也早已为此埋下了伏笔，该型火箭的定位仍然从属于我国航天新一代无毒无污染火箭型号序列之中，目的是补齐深空轨道大运载空白。

首先长征九号是系列化火箭，根据助推器数量增减确定了三个型号，分别是四助推最大运力版长征-9号、两助推长征-9A、无助推光杆版长征-9B，近地轨道运力分别对应不低于150吨、不低于100吨、不低于50吨三个运力档次，瞄准深空任务的长征九号也可以发展两级光杆或两级半构型的近地轨道版重型火箭。

长征九号也将具备起飞级垂直回收复用能力，而按照运载火箭技术路线图要求，到2035年我们也将实现运载火箭的完全回收复用，也就是说“超重-星舰”具备的箭体全复用能力我们也将具备。

另外，长征九号攻关的三型发动机更是殿堂级动力装置，YF-130型高压补燃液氧煤油发动机基于多机并联需求采用泵后摇摆方案，一台涡轮泵供应两个推力室的设计更是国内航天动力前所未有的情况，500吨级推力指标不仅刷新国内纪录，也刷新了世界双喷管发动机推力纪录，此型动力研制成功标志着我国在大推力液氧煤油发动机领域跻身世界第一梯队，芯二级220吨YF-90氢氧发动机更是如此。

芯三级YF-79型25吨膨胀循环氢氧发动机届时将是投入实际型号应用的全球最大推力高空氢氧发动机，该型动力还可以应用于其他火箭型号大幅提升运力。

长征九号在动力领域里的价值不仅是补课，同样极具开创意义，形成的产业能力将为以后发展其他燃料动力打下坚实基础，从而进入航天动力自由王国，意思是指我们需要什么就可以在很短的时间里造出来，按需供应。

长征九号为什么非要不可？

长征九号的发展总体划分为三大阶段，第一阶段是完成系列构型模块研制，实现首飞，满足载人月球基地建设需要；第二阶段进一步完善火箭型谱，并投入应用性飞行任务，拓展可重复使用能力；第三阶段，利用新材料、新动力进一步提高运载能力和技术水平，满足载人登火、空间太阳能电站为代表的超大规模空间探索工程与空间基础设施建设的任务需求。

大洋彼岸自土星五号以来，包括航天飞机、SLS太空发射系统、超重-星舰在内投入的资金高达数千亿美元，而长征九号预计的一千亿人民币投资在它们面前是小巫见大巫，但通过该型号得到的收获必然是物超所值。

去年嫦娥探月工程绕落回三步走战略已经胜利收官，嫦娥五号圆满完成11个节点任务获取了大量月球样本，嫦娥四号月背探测也已经打响嫦娥探月四期工程开头炮，下一步人机协同探月需求下的载人月球工程也已经进入深水区。

去年旨在服务载人登月任务的新一代载人飞船试验船圆满完成首飞任务，与长征九号同步发展的新一代载人运载火箭是载人登月一期工程的主力运载工具，该型火箭基于成熟货架产品研制，进度相较于长征九号更快，目前定下的时间表是2026年前实现首飞，它也是新一代载人飞船与登月舱的标配火箭。

使用新一代载人火箭可以更早实现载人登月零突破，而后续人机协同探月需求下建设的月面科研站，就需要运力更强的长征九号。

为什么说月面科研站非长征九号所不能？因为月面科研站需要的发供电、温控、生命保障系统等都是大规模载荷，以长征三号乙、长征五号、新一代载人火箭、长征九号四型火箭为例，月面到达能力分别是，不足1吨、2吨、9吨、15吨，长征九号运力优势十分突出。

前景如此美好，那么长征九号项目的具体进展如何？

自2016年长征九号关键技术攻关及深化论证阶段立项以来累计投入资金15亿人民币，在重型运载火箭总体、大推力液氧煤油发动机、大推力液氧液氢发动机、25吨氢氧膨胀循环发动机、大直径箭体设计制造及试验、增压输送及大口径管路阀门、大型结构连接分离、动特性获取和环境预示、大型运载器先进GNC及电气应用、大功率伺服、重型运载火箭大型地面试验、重型运载火箭发射地面支持，合计12类关键技术、940项领域细分项目中收获了大量成果。

具有代表性的成果有，起飞级与芯二级配套研制的YF-130型480吨液氧煤油发动机与YF-90型220吨液氧液氢发动机两型动力目前已经完成发动机整机装配，YF-130发动机也已经实现全工况半系统试车，用于整机试车的大规模试车台项目也相继公开。

需要指出的是YF-130型480吨液氧煤油发动机并非首次进行半系统试车，所谓全工况半系统试车是指发动机按照额定100%燃料供给试车，除喷管外发动机所有系统参与试车，表明至少90%的技术关卡已经打通。

其他成果还有，世界最大火箭整流罩分离气囊、9.5米级直径燃料贮箱设计与制造等等。

众所周知长征五号大火箭是由天津航天长征火箭制造有限公司进行总装及测试工作，尔后由远望21与远望22两船走海路运输至海南清澜港，再经陆路机动至文昌发射场，可谓是舟车劳顿。那么，届时长征九号还要走长征五号的老路吗？如果是这样，它需要更大的远望运输船，且远程运输过程中存在诸多难以控制的技术风险。

去年年底航天科技一院正式签约在海南文昌国际航天城设立“海南分院”，新院区布局了包括创新研发区、商业航天区、航天重大工程总装总测基地、综合保障区、文化产业区总计五大功能区。其中航天重大工程总装总测基地就是长征九号与新一代载人火箭的总装测试基地，该功能区还配套有服务长征九号的大型地面试验设施。

这意味着长征九号不会再走长征五号远距离运输的老路，而是就近总装总测，与文昌发射场无缝对接。长征九号还将沿用久经战阵的垂直总装、垂直运输、垂直测试的三垂测发模式。

长征九号在深空探测领域有两只眼睛，一只眼盯着载人月球，另一只眼则盯着载人火星工程。

我国火星探测是二步走战略，即一步实现绕落巡、二步完成采样回，2028年将是火星采样返回探测器的发射窗口，届时长征九号还不足以承担应用性发射业务，因此将选用一枚长征五号+一枚长征三号乙执行此项发射任务，到2031年火星采样飞船返回地球后，载人火星任务亦可提上日程。

长征九号也将为此做好准备，在其第三阶段发展过程中将更换新型动力与一系列新材料新技术，进一步提升运力，近地轨道运力有望突破200吨，届时它将有能力与资格向载人火星任务发起挑战，进而成为我国在遥远深空构建人类命运共同体的最佳实践。