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火箭發動機，人類玩火的極致（一）——德國A系列火箭
火箭發動機，人類玩火的極致（二）——美國紅石火箭，V2的改良升級
火箭發動機，人類玩火的極致（三）——蘇聯R-7系列火箭
火箭發動機，人類玩火的極致（四）——美國“半人馬座”上面級
火箭發動機，人類玩火的極致（五）——RD-170火箭發動機誕生，至今難以被超越
火箭發動機，人類玩火的極致（六）——單燃燒室最強推力 實現“阿波羅”登月計劃
與很多國外運載火箭一樣，中國運載火箭最早也是由遠程戰略導彈改進、發展而來的，從一開始就被蒙上高度神秘的面紗。1956年，國防部第五研究院（現為中國運載火箭研究院）成立後，錢學森擔任院長，立即開始了地地彈道導彈的相關研究工作。
轉接蘇聯導彈 繼承德國技術
根據1957-1962年間的中蘇合作協議，蘇聯轉讓了R-1、R-2陸基彈道導彈以及R-11F海基彈道導彈的訓練與戰鬥模塊、以及技術文件等。
蘇聯的R-1與R-2是德國V-2導彈的改進型號，前兩者的基本技術思路與V-2區別很小。R-1基本上是利用德國的V-2火箭的殘餘零部件組裝起來的（因為美國搶在蘇聯前面，先將技術人員、資料與完整部件運回國內），其RD-100發動機沿用V-2的液氧/酒精推進劑方案，發動機核心組件蒸汽發生器繼承了V-2的雙氧水分解產生動力的方式，驅動渦輪泵。
因為R-1是在德國人的幫助下進行復原的，蘇聯人同時也獨立組織了一批自己的工程師，研製R-2導彈，其射程是V-2的兩倍。其RD-101發動機設計與RD-100相比，高度降低，質量減小，結構更為緊湊，推力增加。蒸汽發生器有所改變，改用固體催化劑分解雙氧水。
最初的東風-1導彈就是仿製蘇聯的R-2。1958年，在蘇聯顧問的幫助下，國防部第五研究院開始複製工作。東風-1採用一臺RD-101發動機，所以推進劑、蒸汽發生器、渦輪泵基本繼承自R-2。另外，東風-1與R-2兩者的北約代號都是SS-2，從中也可見二者技術的相似之處。隨後第五研究院於1960年開始獨立研製東風-2導彈，在消化蘇聯R-2技術的基礎上進行改進，仍採用液氧/酒精推進劑，但射程增加。
與美蘇一樣，中國的技術人員也需要克服液氧常溫下，大量揮發、難以保存難題。所以，東風-3導彈改變策略，推進劑改為偏二甲肼/硝酸。同時，將四臺YF-1發動機並聯（即YF-2）作為動力，地面推力提升至104噸。後來的東風-4（二級結構）與長征一號運載火箭的第一級都是採用東風-3導彈的動力設置（稍加改進）。
YF-2發動機有四個燃燒室，每個燃燒室都有自己的渦輪泵。YF-2就是4個YF-1單燃燒室發動機並聯組合在一起的。YF--1發動機可以看做是一個基本型號，長征一號運載火箭的一、二級使用的幾型發動機都基於YF-1的改進或組合
YF-1發動機的推進劑採用偏二甲肼/硝酸，與雙氧水分解驅動渦輪泵不同，YF-1採用燃氣發生器循環，即導入部分推進劑進入發生器燃燒，產生燃氣驅動渦輪泵。
“東風-3”、“ 飛毛腿B”、“勞動”這三型導彈的發動機結構相似
如果忽略大小，單從外觀結構上看，YF-1發動機與蘇聯的飛毛腿B（Scud-B）發動機、朝鮮的“勞動（Nodong）”彈道導彈的發動機非常相似。前面提到的R-11的最終改進設計版為R-17，也被稱為“飛毛腿B”出售到全世界。在中蘇最初的合作協議中，就有轉讓R-11F約定。相關資料顯示，朝鮮的“勞動”彈道導彈的大量技術也是來自“飛毛腿”導彈。
YF-2發動機的四個燃燒室都配備各自的渦輪泵，因為發動機採用的是開式泵壓循環，所以燃氣驅動渦輪後，直接排放到外部。雖然YF-2與蘇聯的RD-107同為四燃燒室發動機（筆者在《火箭發動機，人類玩火的極限——蘇聯R-7系列火箭》一文已介紹），但RD-107的所有燃燒室中推進劑的注入都是由一個渦輪泵單元提供動力，所以RD-107發動機上部的結構更簡潔。當然採用一個渦輪泵，需要克服推進劑等量均勻注入燃燒室的問題，按照中國當時的技術水平，在YF-2合併使用一臺渦輪泵可能存在困難。
在冷卻發動機推力室方面，YF-1發動機與早期的蘇聯火箭發動機一樣，都是採用再生冷卻循環（德國的技術），燃料從推力室的底部流經噴管夾層，冷卻推力室的同時並預熱燃料。因此，可以看到在發動噴管外周有兩根分叉的導管，接入噴管下部，燃料由此進入，起到再生冷卻作用。
開式泵壓循環、再生冷卻循環
YF-1渦輪泵的剖面結構，從資料圖上看，YF-1的渦輪泵採用的是普遍的單軸設計，燃料泵和氧化劑泵分別位於渦輪的兩側，中間圓盤狀為提供動力的渦輪。這樣的設計思想與最初的V-2發動機渦輪泵的結構設計相似
不過值得注意的是，在渦輪泵結構方面，中國的YF-1發動機與蘇聯的飛毛腿B（Scud-B）發動機、朝鮮的“勞動（Nodong）”彈道導彈的發動機存在差異。後兩者渦輪泵雖然仍是單軸結構，但是渦輪位於單側，並非燃料泵與氧化劑泵之間。
在渦輪泵中，渦輪位於最右側（紅色方框），氧化劑泵與燃料泵位於左側
基於東風-4導彈 研製中國第一枚運載火箭
1966年，根據國防科委的要求，當時主管航天部門七機部就確定，我國第一枚衛星運載火箭選用東風-4液體導彈。1967年提出了長征一號運載火箭方案。該型火箭是三級結構，火箭的一、二級在東風-4號基礎上進行修改。第一級採用的是YF-2A發動機（即四個YF-1A火箭發動機並聯），推進劑為硝酸-27S/偏二甲肼組合。第二級採用YF-3A（即YF-1火箭發動機的改進增強版）。
長征一號運載火箭尾部可見四個YF-1A火箭發動機並聯
該型火箭的第三級與如今普遍類型的三級有所不同，其採用的是FG-02固體火箭發動機，使用高氯酸銨-聚硫橡膠複合固體推進劑。一般來說，火箭的第三級需要實現高空啟動點火，需要一定的技術水平。相比於液體發動機，固體燃料無法多次點火（推進劑一次燃盡），這就給火箭的姿態調整帶來挑戰。不過，長征一號在其後來的衍生型號中，第三級有采用四氧化二氮/偏二甲肼液體燃料發動機。
長征一號運載火箭共進行了兩次發射，1970年4月24日，將東方紅1號衛星送入軌道。1971年3月3日，又將實踐一號科學衛星送入軌道。
長征二號技術積累 奠定中國運載火箭堅實基礎
長征一號順利發射成功後，緊接著新研製的東風-5洲際彈道導彈成功發射。在東風-5的基礎上又研製長征二號系列、長征三號系列、長征四號系列。這三個系列成為中國航天工程的骨幹運載火箭。與長征一號系列運載火箭不同，後三個系列的一、二級基本採用四氧化二氮/偏二甲肼作為推進劑。
在長征三號系列運載火箭中，第三級使用氫氧火箭發動機作為動力
長征二號系列運載火箭一般認為由風暴一號、長征二號、長征二號丙、長征二號丁、長征二號捆、長征二號F這6種型號組成。實際上，風暴一號有時也被稱為“新長征一號”，但是其動力和推進劑與長征一號系列相比，發生改變。
在長征二號系列中，其第一級動力來自YF-20發動機或者YF-21（四臺YF-20的組合）。YF-20發動機通常也與YF-23遊動發動機（四燃燒室結構）配合構成第二級火箭動力，實際上二級動力搭配恰好組成YF-24火箭發動機。
YF-21發動機（左）由四臺YF-20發動機（右）而成組合。一級四臺發動機安裝在一個圓周上，可以沿著圓周擺動，以控制火箭的飛行，總推力約2940千牛，1秒鐘消耗約1150千克推進劑
YF-24發動機，由主發動機YF-20的改進型與YF-23四燃燒室遊動發動機組成。二級中心安裝的主發動機，推力約735千牛，1秒鐘消耗約255千克推進劑。在主發動機頂部安裝一臺遊動發動機，包含四個推力室，其總推力約為46千牛，1秒鐘消耗約16.6千克推進劑
以暴風一號為例，其一級動力來自四個YF-20A，二級動力由一臺YF-22（YF-20火箭發動機的噴嘴擴大版本）和一臺YF-23遊動發動組成。長征二號系列其他幾個版本也採用這樣的動力設置。另外，在其捆綁型中，助推器並非採用固體燃料，動力仍來自YF-20液體發動機。
長征二號運載火箭一級單臺發動機YF-20結構，渦輪泵中渦輪設置在單側，燃料再生冷卻推力室，渦輪排氣加熱液氧增壓貯箱
關於遊動發動機的概念，筆者在《火箭發動機，人類玩火的極限——蘇聯R-7系列火箭》一文中提到，R-7火箭的芯級動力RD-108與助推機器RD-107，都配備遊離發動機。一般來說，此種遊離發動機的動力也來自於推進劑。
YF-24中游動發動機的四個燃燒室共用一個渦輪泵，給它們注入推進劑。主發動機單獨使用另一個渦輪泵。兩者都是採用開式泵壓循環，驅動渦輪後的燃氣都最終排出發動機外部。
YF-24的遊動發動機與主發動機佈局
遊動發動機的四個推力室都能夠沿圓周單向擺動，用於控制火箭二級的飛行，還可以用來消除主發動機關機後殘留推力偏差，也可以讓它長時間工作，以增加火箭二級的飛行時間，提高二級火箭發動機關機時的飛行高度。
長征二號運載火箭一級和二級都採用了擺動發動機方案，這與過去使用燃氣舵相比，是一個很大的技術進步。長征一號運載火箭使用的是燃氣舵（德國V-2火箭也使用燃氣舵），放在發動機噴口處的燃氣流中，只能改變部分燃氣流的噴射方向，可提供的控制力小，還降低了噴流的速度和發動機的效率。而通過擺動發動機，可以改變全部燃氣流的噴射方向，使擺動同樣角度所提供控制力大大增加，同時燃氣噴流速度不受影響。
與長征一號運載火箭一樣，長征二號運載火箭二級安裝的主發動機，也是以一級75噸發動機為基礎改進而製造出來的，利用了一級發動機基本的技術和部件，這也節約了不少研製經費，並且縮短了研製週期。但是為了提高火箭二級飛行的靈活性，其遊動發動機沒有與主發動機共用渦輪泵系統，而採用了獨立的泵系統，使得遊動發動機在主發動機關機的情況下，也能獨立工作，這對發射衛星的運載火箭是必要的。
長征二號運載火箭一、二級分離採用熱分離方案。二級主發動機在一級發動機完全關機前點火，二級主發動機點火工作後，才利用爆炸螺栓切斷火箭一、二級的聯繫，無用的火箭一級在火箭二級主發動機噴焰的推動下，離開正在工作的二級火箭。為了保證二級發動機噴焰從火箭兩級之間儘快排出，火箭兩級之間採用了斜拉金屬桿連接方式，中間保留了很大的空隙。這樣的一、二級分離方案實際上是繼承自東風-4導彈。
“長征二號丙”運載火箭，在級間杆系及級間段，採用了斜拉金屬桿連接方式，可能借鑑了蘇聯人的思路，因為R-7火箭也是這樣的設計思路
結束語
長征二號運載火箭一級和二級發動機的研製成功，還有逐漸成熟的一、二級熱分離技術，為我國後來的運載火箭發展打下了基礎。利用這種發動機及其組合方式，還有一、二級的熱分離技術，再加上後來發展的助推器捆綁技術，形成了我國“長征”火箭共10多種型號的大家族。
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關鍵字: 原汁原味的德系SUV 火箭 彈道導彈
