自从1972年阿波罗17号第6次登上月球以来，再也没有人类登上过月球。

因为登上月球是一个耗资庞大的计划，目前，有能力执行登月方案的只有中国、美国。

中国现在用于执行载人登月任务的是长征9号巨型运载火箭，起飞推力高达5000吨。

美国因为害怕中国抢先登月，所以现在推出了一个叫做“太空发射系统”的运载火箭方案。

“太空发射系统”本来已经在今年的9月2号运到了发射台上，由于燃料泄漏问题，推迟到6号发射。但6号仍然没有发射，所以还要继续延迟。

我们国家的登月计划按照自己的节奏在进行，目前长征9火箭的各个系统基本上已经通过了试验。

现在是最上面第3级25吨级的氢氧火箭发动机已经完成了。

这个火箭发动机之所以值得用一篇文章来介绍，是因为它是目前世界上推力最大的闭式膨胀循环火箭发动机。

不要小看这个25吨的推力，虽然比那种几百吨推力的发动机要小很多，但是这个推力代表着最高效率的推力。

火箭发动机的性能，不只能用推力来衡量，还要跟效率挂钩。

因为我们知道火箭的燃料总是有限的，每节约一吨燃料，相当于可以多带一吨载荷。

火箭发动机的推进效率，主要是由火箭燃料的循环方式来决定的。

▍什么是火箭燃料的循环方式？

火箭发动机和我们家用汽车的这种发动机，从大的范围上来说是一种内燃式热机。

这一大类的发动机需要用氧化剂和燃料混合以后燃烧，才能做功。

只不过，家用轿车发动机的燃料燃烧后产生的高温气体推动了活塞，但是火箭发动机直接把这个燃料燃烧后的气体喷出来。

我们知道，家用轿车的燃料需要通过喷油嘴雾化后喷进气缸。

要把这些燃油雾化以后喷进去，必须采用高压的方式，那么提供这个高压压力的就是油泵。

火箭的发动机也是这样的，燃料也必须加高压，然后通过一个叫做喷射盘的装置，喷进燃烧室内进行燃烧。

汽车的燃料泵，是由一个电动机带动的，那火箭上的燃料泵就没有办法用电动机带动，因为加一个电机，然后还需要发电机、电池，这个就太重了。

所以，火箭上的燃料泵驱动力来自于火箭本身。

产生火箭燃料泵驱动力的方式，就被称为循环。

▍不同的循环方式，不同的效率。

最简单的驱动燃料泵的方式，就是用火箭上自带的氧化剂、燃料混合燃烧形成燃气，推动一个涡轮，这个涡轮再带动燃料泵。

这样一来就会出现一个问题，就是说这个燃料泵需要额外消耗一定的燃料，降低火箭效率。

驱动燃料泵的燃气排出以后，不进入火箭的推力系统，所以叫做开循环。从这个过程就可以看到，开循环就是要损失推力的。

为了提高这个推进效率，我们最好让驱动燃料泵的工质，进入火箭的推力系统。

这种循环方式就被称为闭循环。

闭循环有很多种方式，我们国家这次研制的25吨推力的氢氧火箭发动机，采用的是效率最高的一种方式，也叫闭式膨胀循环。

这种循环方式的特点，就是用火箭发动机燃烧室壁上的热量来加热液氢，液氢膨胀了以后推动涡轮，涡轮再带动燃料泵。驱动涡轮以后的液氢，再进入燃烧室进行燃烧。

这个原理，就相当于用锅炉烧开水驱动蒸汽轮机类似。只不过，产生热量的不是锅炉而是火箭发动机，而提供蒸汽的不是水而是液氢。

我们知道，发动机的热量实际上不产生推力的，采用了膨胀循环以后，相当于把这些热量有一部分回收了。

所以，闭式膨胀循环的效率是目前所有循环方式中最高的一种。

除此以外，推动涡轮的液氢不会对涡轮产生氧化腐蚀，对材料的要求比较低，所以整个系统工作稳定，特别适合做重复使用的火箭。

但是这种循环方式也有一个缺点，推力不能做的特别大。

如果要把推力做大，那有两种方式，一种就是开循环，还有一种就是全流量分级燃烧。

日本H3火箭的最下面一级火箭发动机也是膨胀循环，只不过为了把这个推力做大，采用了开循环。

目前，世界上几乎所有的火箭发动机的最下面一级为了获得大推力，基本上采用的都是开循环。

只有一种大推力火箭发动机是采用闭循环的，就是 Space X公司的猛禽火箭发动机。

猛禽火箭发动机采用的是全流量分级燃烧。进入火箭喷口的燃料、氧化剂，实际上是经过了一次预先燃烧以后再喷进来的，所以被称为分级燃烧。

这种发动机非常难做，可靠性还值得检验，所以美国目前登月也不敢用。

从火箭的总体设计方案来说，目前所有的载人登月火箭采用的都是比较成熟的方案，否则的话，火箭发动机一出问题把整个飞船都炸了。

25吨级氢氧火箭发动机研制完成后，整个长征9号运载火箭所有的重要子系统全部完成。

长征9号运载火箭是一种全新研制的火箭，而美国目前的太空发射系统，它是由以前航天飞机的火箭改进来的，所以问题比较大。

所以，有可能中国的登月会领先于美国，这也是美国比较急的地方。