要想进入高轨，奔向更远的深空，火箭的运载能力是最重要的一环。液氢液氧的推进剂组合的高性能，使它们成为了火箭上面级最佳的选择。从探测器进入轨道开始，液氢液氧推进剂组合的高比冲就备受瞩目，美、苏（俄）、欧、中、日、印等主要国家和国际航天组织开始研制氢氧发动机并不断迭代，基本上都形成了一套自己的体系。以SSME为代表的的大推力分级燃烧循环氢氧发动机和RL-10系列上面级膨胀循环氢氧发动机，是非常经典且高效的氢氧发动机。
从长征三号首次使用的YF-73上面级氢氧发动机开始，中国的氢氧发动机走过了40多个春秋，来到了第三个时代。四十年间，从4.4吨到70吨，我国的氢氧发动机的技术水平不断提升，正在从“解决有无”逐步进入“好用、高效”的阶段。本文将结合笔者目前查询到的公开论文资料，综合新闻报道、视频与图片来简要地介绍三代氢氧发动机的信息，展望下一代高性能、高可靠氢氧发动机的研制。

一：第一、二代氢氧发动机YF-73&YF-75
上世纪70年代中期，为了向同步轨道运送卫星，中国迫切需要一款全新的具有高轨运载能力的火箭。二级的长征二号几乎打不了高轨，需要一个新的第三级。经过了氢氧和毒发三级的大讨论，氢氧动力最终胜出。于是，加装了2.25m氢氧子三级的改进型长征二号，也就是长征三号应运而生，同时也带来了全新的YF-73氢氧发动机。YF-73是我国第一款氢氧火箭发动机，循环方式为燃气发生器循环，由一台涡轮泵给四台燃烧室供应液氢液氧推进剂[1]。YF-73的真空推力为4.5吨，比冲420s。这样的数据对比同时代的其他上面级氢氧机可以说是落后的，YF-73的出现是我国氢氧发动机研制的初次尝试，解决的是我国氢氧发动机的有无问题，而它出现的时间，正是我国的卫星由近地轨道向同步轨道以及更远深空攀登的开始。YF-73仅作为长征三号基本型的子三级发动机出现过，而长征三号则在新旧世纪之交退出了现役，它也失去了继续服役的价值。
附图：YF-73液氢液氧发动机[2]

YF-73公开的资料较少，能通过关键词直接搜寻到的论文也只有一两篇

值得一提的是，YF-73的氢氧涡轮泵是合并的，氢泵通过减速齿轮与氧泵相连并传动，这和RL-10系列的比较相似，但是往后的氢氧机基本上都是独立的双泵，少数像RD-0120这样的是和YF-100这样的煤油机的同轴设置。

接着，长征三号升级为长征三号甲系列火箭。长征三号甲系列火箭的子三级换装了直径更大并且共底的储箱，这样的储箱结构更为轻盈，也能在有限的空间内存储更多的推进剂。同时，全新的3m直径子三级也配备了全新的发动机——YF-75。YF-75的研制开始于1986年。90年代中期，YF-75研制成功。全新的独立双泵系统、全新的燃烧室和大喷管、混合比的阶跃式调节、几乎翻倍的推力和提升了不少的比冲[1]，使得YF-75在很长一段时间里成为了中国进入高轨的最佳动力。和YF-73一样，YF-75仍然采用了燃气发生器循环的燃料循环方式，但是其比冲提升了18s，同时解决了较大燃烧室燃烧不稳定的问题，采取了一（组）泵带一室的燃料供给方式，这大大减少了发动机的体积。对于延伸喷管过热问题，YF-75采用了简单直接的所谓“排放冷却”的降温方式，即从泵后液氢中引出一小部分，流过延伸喷管的夹层，吸热气化后直接从喷管尾部排出。这样的冷却方式，也在后来的发动机上应用了。在使用上，两台YF-75并联，合计提供了超过15吨的真空推力，为北斗组网、探测器走向深空提供了坚强的保障。
（懒得找图了，YF-75的图比视频少，同志们可以找些长三乙的视频，里面出现YF-75的概率还是蛮高的）

我国目前预研/现役/在研氢氧发动机性能一览
数据来源：[13]

二：新世纪的主力——YF-77&YF-75D
即使有了YF-75发动机，但是对比早期的RL-10、RD-56以及LE-5，我国的氢氧发动机性能仍然是落后的。除此之外，我国长期以来依赖偏二甲肼-四氧化二氮的有毒的燃料组合的现状，也必须得到改变。
同时期的航天大国，氢氧发动机正在从小推力的上面级发动机，走向大推力的起飞级发动机。一段时间以来，美国的J-2、SSME(RS-25)、RS-68，苏联的RD-0120、欧洲的Vulcain大推力氢氧发动机相继问世。但是我们仍然没有开始研制大推力氢氧发动机，甚至没有这样的计划。
世纪之交，中国的航天人认为有必要研发更强大、性能更为优化的氢氧发动机、连同新型的煤油机一起，给中国航天的动力心脏来个大换血。于是，伴随着长征五号和长征七号等新一代运载中/大型运载火箭的研制，新一代氢氧发动机的研发拉开了帷幕。

上面的图换一张

首先是新的先进上面级氢氧发动机。2003年，我国的膨胀循环技术取得了很大的进展，同时期，YF-75D正式立项研制。YF-75D采用了闭式膨胀循环的燃料循环方式，结构简单、性能高、固有可靠性高。这样，全新的YF-75D，比冲相较于YF-75，提升了4s，达到442s，同时，推力提升了一吨，来到了8.8t[9]。
闭式膨胀循环相比于燃气发生器循环，燃料几乎完全利用，同时通过火炬点火的方式，取消火药启动器，实现多次点火和推力的平稳爬升。
由于研制成本的限制，YF-75D继承了YF-75的部件和研制经验。传承自YF-75的膨胀比80的延伸喷管[9]，在5m直径的长征五号上，显得很突兀，也限制了YF-75D的性能。
即使由于种种原因，YF-75D的性能没能达到它应有的水平，但是YF-75D的成功研制，仍然具有十分重要的意义。这样一种全新的循环方式的应用，开辟了向下一代高性能上面级氢氧发动机前进的道路。

YF-75D继承经验后发先成，大推力的YF-77则是另起炉灶，困难重重。
一开始，根据高性能的要求，航天科技六院十一所试做了一型称为Da-76的分级燃烧循环氢氧发动机，真空推力达到54吨，比冲也因为循环方式的改变来到了441s[3]。但是分级燃烧循环并不容易，加之当时国际上的起飞级氢氧机开始流行起更便宜的燃气发生器循环，于是这款试做的发动机最后成为预研型号，并没有真正投入使用。进入新世纪，真正走到最后的YF-77还是采用了燃气发生器循环。
2001年，YF-77发动机立项。这个研制过程磕磕绊绊，直到7月23日，天问一号发射成功，长征五号完成首次应用发射，YF-77的研制可能才真正告一段落。
YF-77氢氧发动机海平面推力52吨、比冲310s，真空推力70吨、比冲430s。相比于YF-75，推力提升了9倍。单燃气发生器驱动并联双泵、火药启动器起旋、推力室身部再生冷却和延伸喷管排放冷却[3]，许多的细节都提示着YF-77可能既有Da-76的血统，又有YF-75的影子。但是，部件的等比例放大并不能解决任何问题。大推力意味着燃烧不稳定出现的可能性大大提升；燃烧室室压的大幅提升也带来了全新的挑战；燃烧室头部高温的燃气更是会侵蚀、烧穿内壁[4]。涡轮泵也是问题重重——全世界的氢氧机，涡轮泵出现问题的概率是最大的。大结构如何减少液氢的泄漏；大直径轴和轴承如何保持强度；涡轮和叶轮叶片是否会过劳损坏。各种问题都等待着解决。

研制团队曾经试图给YF-77安装燃烧室分隔板来提高燃烧的稳定性，至于后面有没有采用隔板，由于没有现在的图，就不得而知了。
即使继承了Da-76的经验，YF-77的研制之路也并不顺利。与YF-100液氧煤油发动机一样，YF-77在试验时也发生过爆炸事故。燃气爆炸产生的高温，只用了几秒钟，就把发动机烧成一堆废铁（发动机总师语）。
氢氧发动机是双组元低温发动机。由于液氢液氧的温度十分低，而发动机应该平稳地启动，于是要求发动机在工作前需要预先降温，冷却到适合工作的温度。长征五号遥一箭射前推迟的一个重要原因，就是发动机的预冷没到位。发动机的涡轮泵分为热端的涡轮和冷端的泵。对于一般采用富燃燃气的氢氧发动机来说，液氢是一个良好的降温剂。于是从作为燃料的液氢中引一部分出来，冷却诸如涡轮叶片、轴与轴承这样的高温或可能达到高温的部件是再好不过的了。
由于材料能承受的温度有限，燃气发生器的氢氧混合比必须控制，让氢氧无法充分燃烧，又为了减少燃气对金属材料的氧化，于是燃气的混合比大致为0.9[3]，即富燃燃烧。这就出现了一个问题。利用液氢来冷却部件，也用富氢燃气来推动涡轮，氢泵也许不会需要十分严格的密封，但是氧泵的密封一定要做得十分严格——实际上，为了减少燃料在到达燃烧室前的损耗，任何部件都要求被严格地密封。
然后，长征五号的第二发，氧泵就出了问题。
（PS：下一个小节的更新可能会慢一些，先去画张示意图

先上图
会议视频截图：

采用分体涡轮盘的氧泵局部视图：

试车中出现事故的拥有整体涡轮盘的轴[6]：

我24楼咋被吞了？

YF-77是中国氢氧发动机研制的一个新的里程碑。从YF-77开始，中国氢氧发动机的研制步伐开始加速。未来，基于YF-75D的和更大推力的先进上面级发动机、220吨补燃氢氧发动机将会面世。
第二节 完

三：中国氢氧发动机的未来——改改改和新新新
前几年的几篇论文指出，YF-77和YF-75D都有很大的改进空间。
先来说说YF-77。按照改动大小，我们暂时将这几种改进方案称为“小改”、“中改”、“大改”。
“小改”不改变发动机本身的燃料循环方式，仅仅对涡轮泵、推力室、喷管冷却方式和废气的去向做出改动。首先是将YF-77的整个燃烧室包括延伸喷管改为三段。上部和中部采取再生冷却、下部采取气膜+辐射冷却的降温方式。两根涡轮废气管由外排改为内汇到喷管中下部，利用温度较低的涡轮废气来形成气膜，隔离喷管下部的单层壁与喷管内的高温燃气。另外，微调两个泵和涡轮的参数，使其具有更高的效率[8]。
“中改”改变燃料循环方式，也对一些组件做出保留或者更改。由于日本LE-9的研制较为顺利，那么利用YF-77进行改进，研制70到80吨级的开式膨胀循环氢氧机也变得较为可行了。在继承YF-77的涡轮泵并进行些许改动的同时，对发动机整体进行更新。首先，研制同规模的新型推力室，保留“小改”的两段式延伸喷管；其次，将推力室阀从电控气动阀改为电磁阀；接着，着力提升重复使用能力，并基于这型改进发动机开发用于上面级的大推力发动机[8]。实际上，由于管路布置方式相似，改型发动机的成品模型比较接近LE-9。
“大改”没有相应的论文，只在航展上有一台样机。根据原始YF-77的设计，改推进剂为液氧液甲烷。也许是基于YF-77改进的YF-77M液氧甲烷机。