透过现像看本质浅析长征九号大推力火箭

　　4日航天权威媒体官宣了一则有关中国重型火箭＂长征九号＂的重磅消息——国内首件直径9.5米箱底圆环完成焊接。那么这件神器又是干什么的呢？这是就长征9号的燃料箱。
　　顾名思义，燃料箱就是装燃料与氧化剂的，燃料与氧化剂在火箭发动机内做功，利用反作用力推动火箭，然而问题就来了，在密闭的容器内，燃料与氧化剂在大气压下很难自行流向发动机，这就涉及到火箭发动机的核心部件——涡轮增压，通过这个机构，燃料箱内的氧化剂与燃料按比例混合被源源不断且可控的＂抽＂向发动机。
　　上图是土星五号与前苏联N1火箭的构型。在一级火箭上，土星五号采5台发动机，单台达650吨；N1采用30台发动机，中间的六台用于姿态控制，尽管N1当时并未成功，但是目前马斯克的最新火箭与长征九号都采用了这种构型；马斯克的火箭采用了29台猛禽发动机，尔后将增至33台；长征九号采用16台。
　　长征九号原构型为2011的捆绑式：一级采用4台YF-130发动机，助推是8台。二级采用2台220吨级氢氧机，三级采用2台25吨级氢氧机。长征九号2021构型是独立式：一级采用16台YF-135发动机，二级采用4台120吨级氢氧机，三级采用1台120吨级氢氧机。芯一级直径10.6米，芯二级直径10.6米，芯三级直径7.5米。近段由于我国最新研发三型的火箭发动机获得成功——500吨级液氧煤油发动机、200吨级和25吨级液氧液氢补燃发动机，分别用作重型火箭的一、二、三级。三型发动机的推力、比冲等核心指标均达到国际一流水平，所以长征九号将采用那一种发动机还不得而知。
　　我们最新研发的三款发功机都采用了数字化控制，那么数字化又是怎样控制火箭的呢？我们知道，火箭的推力大小、姿态、温度等都是由发动机控制的，推力大小与温度是由涡轮加压控制，通过燃料的喷射速度控制推力，通过控制氧化剂的喷射量来控制温度，这里需要重复一下的是，印度与欧洲早期的火箭降温是向发动机内喷水，所以叫水火箭，但这增加了一个水箱，也就增加了设计难度；向发动机内喷射过多氧化剂不但能有效控制温度，而且能有效控制燃料未完全燃烧而碳化。另外数字化控制的火箭不但能有效的控制姿态，而且让大量发动机排例组合成为可能，从而让回收并重复使用成为可能。
　　结束语：
　　很多网友们认为多发动机组合将降低火箭的可靠度，其实这种思路还停留在上世纪前苏联60年代的N1火箭时代。首先N1的火箭思路是超前的，但限于当时计算机的算力、软件算法、大数据处理能力，实际上是很难成功的。但现在不同，一台手机的算力已超过当时最先进计算机上千百倍。