再谈中国长征五号氢氧发动机的两个重要短板
顺利的话，去年（2017年）底，我们已经通过长征五号遥三火箭把嫦娥五号卫星送入月球轨道了。但是，2017年7月2日长征五号遥二火箭却遇到的严重问题，导致发射失败。
经过半年多的论证，今年上半年终于公布了火箭失利的原因：“根据分析仿真计算及地面试验结果，故障原因为芯一级液氢液氧发动机一分机涡轮排气装置在复杂力热环境下，局部结构发生异常，发动机推力瞬时大幅下降，致使发射任务失利。”
改进后的发动机已经经过了地面测试，解决了上述问题，今年底长征五号遥三应该可以顺利升空。可惜载荷已经不是嫦娥五号了，必须经过长征五号遥三和长征五号B的验证没有问题，长征五号遥四才有可能接手嫦娥五号的发射任务。
跟其他航天强国比，我们的氢氧发动机除了推力偏小以外，还有哪些短板呢？通过查阅一些资料，发现了两个比较重要的短板，跟大家分享一下：
一、推力室
1.推力室内壁材料
我国50吨级YF-77氢氧发动机燃烧室采用新一代锆铜内壁材料，比上一代氢氧发动机有所提升。但是跟欧美国家普遍采用的银锆铜内壁材料性能比起来还是有一定差距的。在YF-77之前，我们国家的氢氧发动机燃烧室内壁材料是不锈钢。而世界上通用内壁材料是经历了四个阶段不锈钢→锆铜（苏联是铬青铜合金）→银锆铜→GRCop-84（铬铌铜合金），其中银锆铜材料欧美国家早在上世纪八十年代就已经开始使用了，GRCop-84是美国公司新近研发的高性能内壁材料。我国现在的材料对于一次性使用来说是满足要求的，但未来如果想实现一级火箭的回收再利用，就必须选用更高性能的发动机燃烧室内壁材料。
此外，外壁材料及加工技术、喷管材料及其加工技术也有需要改进的地方，需要我国的技术人员加紧攻关。
YF-77
2.循环系统
我国的YF-77采用燃气发生器循环技术，这个技术就是通过氢氧燃烧产生高温气体推动涡轮泵高速运转，从而产生高压氢气和氧气的供应，以便产生强大的推力。欧洲的氢氧发动机和美国的RS-68采用的都是这样的方案。但是欧美的燃气废气是内汇到发动机喷管内排出的，可以形成气膜保护喷管下端。而YF-77采用直排方案，会造成少量的比冲损失。
另外，液氢冷却系统，YF-77选择了燃烧室冷却气再生进入燃烧室燃烧，而喷管上部的冷却气采用直排方案。这个方案虽然简化了管路结构，但是对于燃气的损失以及对于比冲的损失，却也不可忽略。国外都是全部采用冷却气再生循环的。
因此，未来的改进型，应该会对燃气循环系统进行优化。
二、涡轮泵
涡轮泵，任何一个环节出问题，都有可能造成燃气供应异常，火箭推力无法保证，本次长征五号出问题就出在涡轮泵上。
其实不仅是长征五号在涡轮泵上栽了跟头，欧美等国家在研制氢氧发动机的过程中也没少吃苦头。西方国家研制过程中有一半以上的故障都发生在涡轮泵上，由于涡轮泵的一些方面不过关甚至会大大拖延整个发动机的研制进程。可见涡轮泵的研制难度。
涡轮泵要保证燃烧室加气压力足够大，只有燃料供应充足，才能保证足够的推力。但是燃料储罐却不能承受太大的压力，因为压力越大，储罐的厚度和重量就会越大。在入口压力毕竟小的背景下，这中间的加压就需要通过涡轮泵来完成，要完成这样的任务，转子需要达到35000转每分钟的转速，这是超音速的转速。
此外，涡轮泵要承受液氢产生的超低温零下252度，在如此低温下，各个部件不能出现疲劳和损伤。同时，推动涡轮泵工作的燃气至少也有一千度，对于涡轮泵及其部件来说绝对是冰火两重天。而且全过程中要保证密封性完好，不仅不能发生泄漏，更不能让燃气与氧气接触，以免发生爆炸。
更严重的挑战是，火箭在飞行状态中的震动状态，在地面上是无法模拟的。而这种未知的震动状态给发动机各个部件造成的损伤也是难以估量的，所以才会出现新闻中提到的故障原因是“复杂的力热环境”。当然，随着飞行次数的增多，技术人员对飞行状态参数了解地越来越充分，类似的故障就会越来越少。这也正是所有新型火箭都容易在早期出现故障的原因。
技术团队提出的长远改进方案有：采用全新的密封结构，使用新型的石墨材料，提高动密封浮动环强度和耐磨性；采用缠绕增强保持架技术，提高轴承的结构可靠性，提高轴承的寿命，为可重复使用奠定良好的基础；此外还会加强轴承的陶瓷球技术、高耐磨沟道表面处理技术等方面加强公关；以及进一步完善高抗蚀诱导轮技术等。
总之，随着技术的进步，飞行次数的增加，大推力氢氧发动机会越来越成熟，完全可以支撑起未来中国航天梦想！
在技术YF-77技术稳定以后，也可以衍生出不用燃气发生器，直接使用膨胀循环的上面级大推力发动机。
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