史上最强2款火箭！中国长征9号美国SLS谁才是最强王者？

　　2020年12月17日，嫦娥五号月球探测器成功实现月球背面无人采样返回。2021年5月15日，我国的＂天问一号＂火星探测器成功实现＂绕落巡＂一步到位，创造了火星探测一步到位的新纪录！
　　＂天问一号＂火星探测器
　　这两次探测任务取得圆满成功就意味着，我国已经攻克了＂火星表面无人采样返回＂的所有关键技术。如果不计成本，我国现阶段就可以通过发射一发长征五号运载火箭和一发长征3B运载火箭火星表面无人实现采样返回。事实上，我国计划在2028年实施这个方案。然而这个方案也反映了我国现有的运载火箭运载能力仍然不够大的窘境，我国急需研制出更大更重的运载火箭。为满足未来太阳能空间发电站、载人登月、木星探测、土星探测等任务需求，我国启动了长征9号重型运载火箭的研制计划。
　　长征9号重型运载火箭
　　与此同时，美国也没有闲着。虽然美国早已在上世纪60年代就研制出土星五号重型运载火箭。然而由于用途单一，每次发射的成本都十分高昂，相当于烧毁一艘核动力航空母舰！为了降低发射成本，美国也启动了一款新型重型运载火箭的研制计划，即SLS 系列运载火箭。
　　中美两国正在研制的重型运载火箭都是史无前例的庞然大物，运载能力都十分惊人，其推力最大型号的首飞时间均为2028年。那么这两个＂超级巨兽＂谁才是最强王者呢？
　　一、长征9号系列重型运载火箭性能简介。
　　长征9号系列运载火箭有三个型号运载火箭，分别是拥有4个助推器的长征9号运载火箭（捆绑构型）、拥有2个助推器的长征9A运载火箭（捆绑构型）、光杆构型的长征9B，三个型号近地轨道运载能力分别为大于50吨、大于100吨、大于140吨。
　　中国航天科技集团公司透露的长征9号系列火箭关键参数
　　根据中国航天科技集团公司透露的信息来看，长征9号重型运载火箭是一种三级火箭，长103米，芯级最大直径10米，助推器直径5米，起飞重量高达4137吨，推力更是达到5873吨，推重比高达1.42，即便一级有2台发动机突然熄火也照样能够正常起飞，可靠性很高。长征9号重型运载火箭能将超过140吨的载荷送入近地轨道，还能将超过50吨的载荷送入地月转移轨道。
　　一级芯体安装4台YF130液氧煤油高压补燃发动机，4个助推器各安装2台YF130液氧煤油高压补燃发动机，一级12台发动机海平面总推力高达5873吨。
　　二级采用2台海平面推力超220吨的YF90高压补燃氢氧发动机，总推力超440吨。
　　三级采用4台海平面推力超25吨的YF79膨胀循环氢氧发动机，总推力超100吨。
　　其中，YF130、液氧煤油高压补燃发动机海平面比冲为306秒；YF90高压补燃氢氧发动机、YF79膨胀循环氢氧发动机真空比冲分别为约454秒（估计）、约460秒（估计）。
　　长征9号系列运载火箭及其发动机参数
　　这三型发动机设计思路也非常值得称赞。其中，虽然YF130、YF90推力起始目标定得很高，分别达到480吨（双室推力）、220吨以上，但在比冲方面倒是中规中矩。这样做一方面可以大幅度提升我国火箭发动机的研制水平，在短时间内完成＂补课任务＂，另一方面，比冲起始目标定得中规中矩则可以减少研制难度。只要研制出这两型发动机，那么我国在高压补燃液氧煤油发动机就将在单室推力方面超越俄罗斯的水平，而氢氧发动机研制水平就将踏入第一阵营。按照官方公布的数据分析，可以推测出YF130本身的室压远远低于RD170，今后若继续提升室压，其推力还有很大提升空间！
　　从中可以看出中国航天人激进之中，又稳妥的研制思路，此外这么做也为后续改进升级预留了极大的空间。YF130向下可以发展出单燃烧室版本，推力达到250吨级，向上可以发展出4推力室版本，推力达到史无前例的1000吨级。
　　可见中国航天人这设计思路有多么周全！不仅考虑系列化、模块化，还考虑了改进升级潜力！今后长征9号系列运载火箭一旦研制成功，仅这个系列就能让中国航天持续吃老本50年以上！
　　二、美国SLS重型运载火箭性能简介。
　　美国SLS系列运载火箭同样有3个型号运载火箭，分别是Block1型、Block1B型、Block2型，一级芯级直径都是8.4米，都安装了4台RS-25E高压补燃氢氧发动机和2个最大推力为1379吨的航天飞机固体火箭助力器（SRB）。
　　美国SLS系列运载火箭及其发动机参数
　　其中，Block1型本质上没有二级，但可以根据任务需要选择载人型或者载货型上面级，可看成一级火箭或者一级半火箭，近地轨道运载能力为70吨左右。Block1B型的一级和Block1型一模一样，只是加装了直径8.4米的二级，安装4台RL-10C2膨胀循环氢氧发动机，近地轨道运载能力为105吨左右。Block2型一级、二级的芯级都是基于Block1B型微调，助推器则换成推力达到1633吨的固体火箭发动机，以便满足不同需求，近地轨道运载能力约130吨左右，最大高度达到111.3米。
　　美国SLS系列运载火箭及其发动机参数
　　为避免土星五号重型运载火箭用途单一，造成无法批量生产，导致成本居高不下的缺点，美国SLS系列运载火箭充分利用美国早已研制出来的各型先进火箭发动机和先进技术，包括航天飞机使用过的助推器和主发动机，基于已有技术快速研制出推力更大的液体火箭助推器。SLS系列运载火箭总体设计思路是，一级由2个固体火箭发动机作为助推器提供73%以上的推力，芯级发动机采用推力可调的氢氧发动机用于调节飞行总推力和飞行姿态；以模块化思路设计三个构型，以便有利于批量化生产，最大限度降低制造成本。
　　三、中国长征9号系列运载火箭和美国SLS系列运载火箭优缺点对比。
　　1、虽然美国SLS系列运载火箭灵活性也挺好，但是长征9号运载火箭灵活性还是更胜一筹。
　　目前我国已有火箭近地轨道运载能力已经达到25吨级，正在研制的921火箭运载能力则达到50吨级。长征9号系列运载火箭的下限正好和921火箭完美衔接。为了承上启下，长征9号系列运载火箭的近地轨道运载能力下限就设定为50吨级。
　　长征9号系列运载火箭三个型号均可以通过微调二级或者三级燃料加注量，最终可将50吨 180吨载荷送入近地轨道，运载能力跨度高达130吨！
　　长征9号运载火箭飞行示意图
　　此外，这只是长征9号系列运载火箭的初始版本，今后若继续提升YF130、YF220的推力和比冲，其最大运载能力甚至可以达到史无前例的200吨级！其中的YF130又可以发展出单燃烧室版本，以便以一发代替2发YF100的方式用于改进升级现有的长征5号运载火箭，其改进升级版甚至可能以1发替换4发YF100的方式改进升级长征5号。
　　美国很早就发展出各型氢氧发动机，所有类型的开式循环和闭式循环氢氧火箭发动机均已发展到极限水平，已经难以继续大幅度提升了。因此，美国不像我国有＂补课任务＂，需要依托重型运载火箭继续研制更强大的液体火箭发动机。此外，美国现有猎鹰重型运载火箭的近地轨道运载能力上限正好是70吨。因此，SLS系列运载火箭的近地轨道运载能力下限设定在70吨。其推力最大的型号近地轨道运载能力高达130吨，极限运载能力达到165吨级。近地轨道运载能力跨度达到95吨。
　　为了节省研制费用，美国政府在研制SLS系列运载火箭时总体思路是利用已有技术和火箭发动机，以模块组合的方式实现大部分零部件通用化，以防止因需求量太小而无法批量生产。
　　对比发现，在运载能力方面，长征9号系列运载火箭的跨度比美国的SLS系列运载火箭大多了，显然更加灵活。在发动机方面，长征9号系列运载火箭全部采用液体火箭发动机，其最大的优点就是推力可调，推力稳定，缺点是可靠性不如固体火箭。正因为推力不可调，美国SLS系列运载火箭一级的芯级才会采用推力可调的液体火箭发动机，用于调节推力，提升可靠性。实际上，美国的SLS系列运载火箭可视为半固体火箭。两者各有优缺点，无法比较谁更好。
　　至于为什么SLS系列运载火箭都采用氢氧发动机呢？主要有两点原因，一是弥补固体火箭发动机助推器比冲的不足，二是美国的强项是氢氧发动机，而不是液氧煤油发动机。
　　2、成本方面两者都不差，难以比较谁更好。
　　长征9号系列运载火箭成本最高的一级只采用一种发动机和造价低廉的煤油作为燃料。有工业生产经验的网友都知道，同样一样产品，生产数量越多，成本就越低。因此，长征9号系列运载火箭这么做就十分有利于发动机批量生产，一次性大批量生产出数量足够多的YF130、YF90和YF79火箭发动机就能满足长征9号系列运载火箭所有型号的多年需求。
　　YF130高压补燃液氧煤油发动机真机
　　美国SLS系列运载火箭成本最高的一级采用固体火箭助推器提供主要推力，高性能氢氧发动机作为辅助动力，这样做可以尽量减少燃料成本更高的液氢使用量以及造价更高的氢氧发动机使用数量。此外，系列化，零部件通用化设计有利于批量化生产，可大幅度降低零部件制造成本。
　　对比发现，中美两国正在研制的重型运载火箭都具有成本低的优点，很难说谁更好。
　　3、火箭性能方面，长征9号还是比美国的SLS Block2略胜一筹。
　　中美公开资料表明，长征9号重型运载火箭最高可将180吨载荷送入近地轨道，而美国的SLS Block2重型运载火箭最高也只能将165吨载荷送入近地轨道。
　　史上推力最强的固体火箭发动机试车（推力高达1633吨）
　　显然长征9号的能力更强！
　　最后要强调的一点是，火箭发动机并不是只看比冲的，还要考虑综合成本，因此液氧煤油发动机和氢氧发动机都有其优点和缺点，没有可比性。
　　结论：我国的长征9号系列火箭在灵活性和性能方面，相对美国的SLS系列火箭均有不小优势，但两者在成本控制方面均差不多。此外，长征9号系列火箭的YF130系列堪称史上最强的双室高压补燃液氧煤油发动机。YF220高压补燃氢氧发动机虽然推力也足够大，但其指标仍然略逊美国一筹，而YF79膨胀循环氢氧发动机和美国的顶级水平还差距很大。两者设计方案都是基于本国实际情况的最优方案。若能够研制成功，两款火箭都将大幅度超越50多年前首飞的土星五号重型运载火箭，而我国的长征9号运载火箭将成为世界最强火箭！
　　对此，你怎么看呢？欢迎共同探讨。