美媒SpaceNews于11月9日报道，中国运载火箭研究所的设计师表示已经放弃了一次性超重型火箭CZ-9的计划，转而采用可重复使用的第一级设计。

当然各位不要误会，超重型火箭CZ-9并没有被放弃，只是会转而开发可回收版的CZ-9，这让大家舒了口气，那么原CZ-9设计的YF-130会失去装机对象吗？

YF-130：全球最大的补燃循环发动机推力室

航天六院11月5日发布的消息，航天科技集团六院自主研制的中国最大推力液体火箭发动机YF-130首次整机试车圆满成功，该型发动机设计推力500吨级，采用全球最大的补燃循环发动机推力室，标志着该型发动机研制取得重大突破！

YF-130液氧煤油发动机是传说中的CZ-9的一级火箭助推器的发动机，它的成功意义相当巨大，因为CZ-9原计划是中国登月的超重型火箭，一级火箭将使用12台YF-130：

到目前为止，YF-130试车已经成功，YF-90方案论证已经通过但还没有进展，YF-79则在9月初已经成功试车，原计划CZ-9是在2026年首飞，还有4年时间，就目前的进展来看，这个时间节点没有问题。

CZ-9是中国航天科技集团计划中的一款重型运载火箭，其近地轨道运载能力为50~200吨，奔月转移轨道运载能力为50吨，奔火转移轨道运载能力为12吨至44吨，这款火箭的芯级直径为10米左右，高度达到了110米，与阿波罗登月的土星五号差不多。

YF-130：全球最大的补燃循环发动机推力室

由于下文要介绍回收火箭发动机的要求，必须先铺垫下火箭发动机的循环类型。这个循环类型与推力相关，循环就是火箭发动机是将燃料和氧化剂送入燃烧室高温燃烧后排出喷管形成推力的关键过程。

YF-130的循环方式就是燃气发生器循环，这个设计其实非常巧妙，先将燃料和氧化剂送到一个燃气涡轮中预燃，动力再带动涡轮泵输入燃料和氧化剂，这种方式以及延伸出来的还有好几种：

1、燃气发生器开式循环

燃气涡轮燃烧后的废气直接排出发动机，这种发动机很好识别，旁边有一根大管子排出废气，还有点推力，有的火箭还将其作为姿态控制的发动机，但由于这个燃气涡轮不太能耐高温，不是富氧燃烧就是富燃燃烧，排出的废气中有大量氧气或者未燃尽的燃料，就这样放掉是不是太浪费了？

燃气发生器循环：开式循环

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2、分级燃烧循环：富燃或者富氧

分级燃烧循环就是将预燃室的“废气”送到燃烧室再烧一次，分两次燃烧所以才叫分级燃烧循环，这个循环也被称为是高压补燃循环，YF-130就是高压补燃循环这类，不过这类发动机种类也是挺多的：

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分级燃烧循环富燃、分级燃烧循环富氧，还有单泵和双泵，结构上也有点复杂，各位可以对照着图片仔细研究下。

燃气涡轮泵

分级燃烧循环将“未燃尽”的富燃和富氧“废气”利用起来了，增加了燃料利用率，提高了发动机比冲，这个性能会更好一些，但对预燃室的压力却提高了，因为这些“废气”要再利用，必须要有更高的压力才能注入燃烧室，所以叫做高压补燃循环也是挺有道理的。

YF-130的结构图

3、全流量分级燃烧循环

分级燃烧循环中的燃料泵和氧化剂泵，原本是一部分送入预燃室，一部分送入燃烧室，在全流量分级燃烧中，所有的流量都会经过预燃室，涡轮的工作温度比分级燃烧循环更低，发动机的寿命更长，效率也更高。而且燃烧室压可以更大，推力和比冲都能增加。

甲烷液氧的全流量分级燃烧循环

只是这种火箭发动机的实现难度还是有点高的，目前也只有SpaceX的Raptor发动机使用这种模式，最大的差异就是取消了直通燃烧室的主氧化剂管道，反而所有燃料和氧化剂都要通过两个预燃室，从结构上来看还是很容易区分的。

Raptor发动机的原理图

回收火箭的燃料：到底是煤油还是甲烷？

SpaceNews报道称，珠海航展上已经展出了一种新型长征九号火箭，该火箭采用网格鳍片和无侧助推器，结合2021年时珠海航展上的甲烷燃料的概念发动机，该报道的作者表示，未来的可回收CZ-9号火箭或将采用甲烷发动机，以方便整体回收。

回收发动机都用的是甲烷燃料？

其实答案还真不是，目前成功回收的有两种火箭，一种是SpaceX的猎鹰9号，回收的一级火箭燃料是液氧煤油，一种是重型猎鹰，回收的一级火箭燃料是液态甲烷和液氧，你没看错啊，全球也只有SpaceX一家成功回收了。

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不过加入火箭回收行列的新火箭发动机，还真基本都是甲烷燃料的，比如SpaceX的星舰就是全回收的最大一种，全重高达5000吨；其他比如蓝色起源的（BE-4）和中国i-Space的双曲线火箭以及11月4日和YF-130同日测试成功的80吨甲烷液氢发动机，还有俄罗斯的阿穆尔火箭的燃料都是液氧与甲烷。

蓝色起源：BE-4

之所以都选择甲醛是因为煤油更容易结焦和积碳！相对于汽油和柴油，航空煤油的积碳问题其实已经很小了，这也是航空喷气式发动机选择煤油的原因之一，要不然这喷气式发动机燃烧室清理积碳也是个大问题。

但火箭燃烧站和航空发动机的燃烧室完全不一样，航空发动机的燃烧室压力只有2MPa，火箭发动机，比如YF-130的室压为22兆帕，足足高出11倍，煤油的含硫量和含碳量比较高，在高燃烧压力高燃烧温度的情况下容易结焦和积碳。

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积碳和结焦最严重的位置就是上文介绍的发动机循环中的燃气涡轮，这个预燃室是整台火箭发动机的核心，为了低温运行降低对材料的需求，会采用富燃或者富氧燃烧，低温、高压，流量相当大，而在全流量分级燃烧循环中，所有流量都过燃气涡轮、高流量更容易造成结焦和积碳，问题严重甚至会严重影响涡轮工作，估计那后果是相当可怕的。

当年美国产的液氧煤油发动机一度曾经室压上限只有7-10兆帕，原因就是美国国产煤油含硫量过高，室压一高很容易结焦，而俄罗斯的煤油质量好很多，因此RD-180可以上到很高的室压，当然这个问题也可以用精炼煤油解决，在一次性使用的火箭发动机中精炼煤油结焦和积碳问题已经不明显了，但到了重复使用阶段，还是会大幅增加维护成本，甚至造成发动机无法使用。

而甲烷没有这个问题，因为甲烷含碳量和含硫量都远远低于煤油，在高燃烧压力高燃烧温度的情况下相比煤油非常不容易结焦和积碳！估计各位已经想到了氢燃料，它根本就不会积碳，不过它的密度太低，液态甲烷还有煤油一半的密度，液氢只有煤油的1/10，要是作为一级火箭，那体积就太庞大了！

所以并不是煤油不能用，而是煤油发动机在回收上确实不太有优势，尽管SpaceX的猎鹰9火箭用煤油回收也相当不错，但还是为星舰开发了Raptor，当然开发Raptor发动机的另一个因素还是默林发动机的推力也是有些不足。

因此从这个角度判断，YF-130从理论上来看还是可以回收的，只是要对它进行重复使用上的优化设计，并且回收次数可能也会降低，不过就目前官方的回应来看，YF-130的未来目前尚不明确，但有一点我们可以肯定，有优秀的发动机就会出现优秀的火箭，而设计再优秀的火箭要是没有发动机，那啥都是白搭！

延伸阅读：中国火箭回收，或超越SpaceX蚱蜢跳

SpaceX开启回收先河之后，各国航天局都已经跟进，商业航天发射也在跟进，但回收火箭却不是那么容易的，首先就是会降低火箭载荷，因为回收火箭需要携带额外的燃料返回发射场或者作为减速机动使用。

比如猎鹰9号火箭如果不回收，那么它可以发射22.8吨的载荷进入近地轨道，但要是回收一级火箭的话载荷就只有15.6吨，这个损失还是很大的，1/4多的载荷就浪费了，不过与整枚火箭相比，这个损失可以接受，要不然老马会如此热衷于开发火箭回收技术？

火箭回收的过程是怎样的？

除了上文已经说明的发动机与燃料等问题以外，还要让火箭飞回来，这个可不是那么容易，一般会经历如下的过程：

1、首先要减速与姿态控制，避免一二级分离时的翻滚导致火箭解体；

2、再是用气动翼面控制下降轨迹，必要时将点燃火箭控制；

3、临近降落场地时姿态调整为垂直，支撑脚撑开，火箭发动机可调推力降低至关闭；

这只是SpaceX火箭的回收的大致过程，过程中最关键的就是着陆！如何保持着陆时稳定是个大问题，SpaceX当年测试时不知道有多少火箭着陆成功但却不稳定最后倾翻爆炸，这个有技术因素，也有着陆平台（船舶平台）因素，还有着陆姿态控制等多个因素。

其中只有火箭着陆控制才和回收真正相关，其他的只是外部因素，但SpaceX的着陆方式把这两个因素给引入了，我国目前也在开发回收火箭技术，过程都差不多，但着陆方式差别相当大，采用的火箭顶部约束而非底部，直接解决了两个外部因素造成的困扰，并且还改善了第三个火箭姿态控制因素。

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不过回收也不只是这两种，还有塔式的怀抱式回收，也有伞降回收等等，也有人提议撞上机翼水平回收，但专家计算过，水平回收付出代价太大，不如垂直回收成本更低。另外还有整流罩回收技术也已经和二级火箭回收，就目前而言，二级火箭仍然无法回收，不过各国也在开发免于火箭烧蚀的技术，比如充气热防护罩。

不过笔者认为，火箭回收也就一个中间阶段，未来真正合适的还是全回收且成本更低的空天飞机，这个水平起飞水平着陆的才是未来航天努力的方向，火箭终将会成为过去！