美國上世紀六七十年代用于登月的土星五火箭，使用5台F1火箭發動機。

5台F1發動機并聯，推力3500噸，總功率高達1.18億千瓦。

三峽水電站的機組滿發功率為2250萬千瓦，所以土星5号的功率已經超過了5個三峽電站。

這個數字實在是太誇張了，遠遠超出通常的想象，有些吃瓜群衆對這個數字表示懷疑，現在我們就算一下。

F1火箭發動機使用的燃料是煤油，使用的氧化劑是液氧。

一台F1火箭發動機每秒鐘消耗788公斤煤油，5台火箭發動機每秒鐘一共消耗3940公斤煤油。

煤油的燃燒熱是4.6×10的7次方焦耳，3940公斤煤油可以釋放出的能量為3940×4.6×10^7=181240000000焦耳，相當于1.8124億千焦。因為能量是在一秒鐘之内釋放出來的，所以理論計算出來的5台火箭發動機的燃燒功率是1.8124億千瓦。

噴氣引擎的功率都遠遠的超過内燃機的功率。一般的情況下，航空噴氣發動機的功率超過同等重量内燃機的兩個數量級以上，而火箭發動機又比航空發動機的功率高兩個數量級以上。

所以，火箭發動機的功率高的看起來非常誇張。

大功率液體火箭發動機使用的燃料消耗速度非常快，如何讓這些燃料在短時間内充分燃燒是一個大的難題，這也是火箭發動機設計上的難點。

煤油的密度比水低。一台F1發動機，每秒鐘要向燃燒室内噴射接近一立方米的煤油，怎麼能夠保證充分燃燒？

除此以外，每台F1發動機每秒鐘還要消耗1790公斤的液氧。

泵送煤油、液氧的渦輪泵是用火箭本身的燃料驅動的。

●包在發動機外面的很粗的這個排氣管，就是渦輪泵的廢氣排洩裝置。

F1發動機渦輪泵消耗的燃料是不産生推力的，因此土星5号的總功率隻有1.18億千瓦，而不是燃燒的熱功率1.8億千瓦。

火箭的燃料進入燃燒室之前，必須呈氣态才能夠充分燃燒，而液氧是低溫液态，煤油在常溫下是液态。

所以在進入發動機的主燃燒室之前，必須預熱。 F1發動機噴管上部是燃燒室，密排在燃燒室外部的小管道内部流動的，就是需要預熱的工質。

同時這部分工質也在預熱的過程中冷卻了發動機主燃燒室的外壁。

加熱後的燃料和氧化劑，通過燃燒室頂部的噴射盤噴出。

●這個多孔的結構，像煤氣爐火眼一樣的東西就是噴射盤。

噴射盤上的噴射孔呈同心圓狀分布，間隔噴射燃料和氧化劑。

這樣就能保證氧化劑和燃料比較充分混合，所以每台發動機每秒鐘噴射1立方米煤油也不會熄火。

即便如此，就像上文中所計算的那樣，燃料的熱效率隻能達到65%。

隻要能增加10%的燃燒效率，就能夠提高10%的荷載。這10%的荷載基本上就可以讓火箭的有效載荷翻一翻，所以提高火箭發動機的燃燒效率，非常有意義。

為了達到這個目的，現在新研制的火箭發動機都采用了全流量分級燃燒的方式。

也就是說火箭發動機的燃料在進入主燃燒室之前先燃燒一次，然後再進入主燃燒室燃燒。

●全流量分級燃燒火箭發動機的工作示意圖。

分級燃燒分成兩部分，一部分是少量氧化劑和大量的燃料混燃，另一部分是大量氧化劑和少量的燃料混燃，分别産生富燃燃氣和富氧燃氣，然後在主燃燒室彙合二次點燃（又稱高壓補燃）。

與F1發動機相比，分級燃燒發動機的燃料泵燃燒後産生的廢氣也會産生推力，這樣就提高了效率。

● SpaceX公司的猛禽火箭發動機是全球第1台全流量分級燃燒發動機。

我國嫦娥5号飛船落月以後返航，并且帶回了兩公斤的土壤樣本。而且，除了沒有宇航員和生命維持系統以外，嫦娥宇宙飛船的結構完全模拟了美國阿波羅号宇宙飛船的4部分結構：返回艙、服務艙、登陸器和上升器。

而且我國已經實施了載人航天工程，在宇航員的生命維持系統這一部分和美國沒有差距。

從總的技術難度上來說，中國已經具備和美國載人登月完全相當的水平。

目前，中國和美國載人登月最大的差距就在于火箭發動機的問題。

長征5号運載火箭雖然叫胖五，但是還不夠胖大。

用于載人登月的火箭都要達到土星5号那個級别的，也就是3000噸以上。

我國對标土星5号，用于載人登月的火箭，是長征九重型運載火箭。該火箭的發動機以液氧、煤油為工質，采用全流量分級燃燒方式。

根據公開的資料，這個發動機的推力是500噸級别的，雖然達不到土星5号F1火箭發動機的推力指标，但是效率更高。

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