液氫液氧火箭發(fā)動機(jī)是指采用液態(tài)氫作為燃料、液態(tài)氧作為氧化劑的發(fā)動機(jī)。液氫液氧發(fā)動機(jī)是目前已知化學(xué)燃料中比沖最高的燃料組合，因此大推力的液氫液氧發(fā)動機(jī)是目前世界液體火箭發(fā)動機(jī)技術(shù)的發(fā)展趨勢之一，也是航天強(qiáng)國的標(biāo)志之一。
比沖的定義為：單位重量推進(jìn)劑產(chǎn)生的沖量，或單位質(zhì)量的推進(jìn)劑產(chǎn)生的推力。比沖量是用于衡量火箭或飛機(jī)發(fā)動機(jī)效率的重要物理參數(shù)。其大小與發(fā)動機(jī)的推進(jìn)劑化學(xué)能、燃燒效率和噴管效率相關(guān)。發(fā)動機(jī)比沖越高，相同條件下推進(jìn)劑能夠產(chǎn)生的速度增量也越大，發(fā)動機(jī)效率也就越高。
比沖是不同燃料組合的比沖詳見下圖.
比沖是不同燃料組合的比沖值對比，單位：秒
從上圖中各種不同燃料組合的理論比沖值，我們可以看到液氫液氧組合的比沖最大，也是唯一個(gè)比沖大于400的組合，達(dá)到了457，遠(yuǎn)超排名第二的液氧甲烷發(fā)動機(jī)的365。
因此液氫液氧發(fā)動機(jī)也成為各航天大國的主力大運(yùn)力火箭的發(fā)動機(jī)主流，如歐空局的阿里亞娜5、美國的德爾塔4/德爾塔4重型和日本的H2A/H2B等。
大推力液氫液氧發(fā)動機(jī)同樣也是多國下一代大推力火箭的標(biāo)配之一，如美國的太空發(fā)射系統(tǒng)SLS、日本的H3、歐空局的阿里亞娜6等。
日本的H-2B火箭與中國的長征五號
液氫發(fā)動機(jī)的缺點(diǎn)也很明顯：成本高。液氫的制備、 儲存和運(yùn)輸技術(shù)難度大、要求高等導(dǎo)致液氫發(fā)動機(jī)成本高昂。因此許多民營航天公司如馬斯克的太空探索技術(shù)(SpaceX)、貝索斯的藍(lán)色起源(Blue Origin)以及我國的藍(lán)箭集團(tuán)都致力于研發(fā)成本更低復(fù)用性更好的液氧甲烷發(fā)動機(jī)，以期望最大程度降低發(fā)射成本。
中國和日本最強(qiáng)的液氫液氧火箭發(fā)動機(jī)中國和日本最強(qiáng)的液氫液氧火箭發(fā)動機(jī)
中國新一代的YF-77液氫液氧火箭發(fā)動機(jī)： 新一代大運(yùn)載火箭“長征五號”芯級的大推力氫氧發(fā)動機(jī)。采用雙渦輪分別驅(qū)動液氫泵和液氧泵工作方式，具有混合比和推力調(diào)節(jié)功能，以提高火箭運(yùn)載能力。YF-77和YF-100液氧煤油發(fā)動機(jī)成為新一代火箭的主力發(fā)動機(jī)。YF-77發(fā)動機(jī)于2001年立項(xiàng)研制，歷經(jīng)十多年艱苦攻關(guān)，于2016年11月首飛。
日本的最新LE-7A液氫液氧火箭發(fā)動機(jī)：LE-7A是日本為H2A及H2B火箭系列制造的液態(tài)氫氧發(fā)動機(jī)。是第一種第一級主引擎。由三菱重工主導(dǎo)研發(fā)。
中國和日本最強(qiáng)的液氫液氧火箭發(fā)動機(jī)對比
從上表的對比我們可以看出日本的LE-7A，無認(rèn)是推力、比沖還是室壓、首飛時(shí)間、成功率等各方面都全面領(lǐng)先。這主要是日本的液氫液氧火箭發(fā)動機(jī)的起步較早，研發(fā)投入多等因素造成。LE-7A發(fā)動機(jī)在2001實(shí)現(xiàn)首飛，到目前為止發(fā)射48次；我國的YF-77在2001年開始研制，2016年實(shí)現(xiàn)首飛，目前只已經(jīng)完成了2次發(fā)射。
日本下一代大推力液氫液氧發(fā)動機(jī)，LE-9將達(dá)到150噸級，將作為H3火箭的芯級發(fā)動機(jī)。LE-9已經(jīng)于2017年9月首次靜態(tài)點(diǎn)火測試，2018年6月和2019年初進(jìn)行了一系列的點(diǎn)火測試，將于2020年進(jìn)行首次飛行。
綜上，我們可以看到，我國的液氫液氧火箭發(fā)動機(jī)和鄰居日本相比還是有一定技術(shù)差距。而且日本的下一代推力更大的LE-9，推力將達(dá)到150噸，并已經(jīng)完成多次點(diǎn)火測試。另外在固體發(fā)動機(jī)方面，日本也是處于領(lǐng)先地位。
我國則在偏二甲肼-四氧化二氮發(fā)動機(jī)、液氧煤油發(fā)動機(jī)方面領(lǐng)先日本，因此也算是各有所長。
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參考資料：JAXA、三菱重工官網(wǎng)相關(guān)介紹
維基百科相關(guān)詞條
Encyclopedia Astronautica
