大陸助推火箭發動機為什么是傾斜的？

現在看大陸長征火箭發射直播的時候，大家都會看到長征火箭助推器的發動機是朝外噴射的，而且這種設計和國外其他火箭助推器垂直朝下噴射的確不一樣。其實長征火箭這樣設計也是有原因的。

首先不管是最新的長征5號/長征7號運載火箭，還是以前的長征2/3型運載火箭，火箭在發射過程中助推器的噴管都是朝外設計的，這樣做的好處有很多：

一/火箭在發射過程中，助推器的噴管朝外側噴射，這樣可以保證助推器噴流質心和芯級發動機噴流質心相交，使得火箭在發射過程中，不管火箭在垂直爬升還是按照程式轉彎階段，火箭所有助推器的推力質心力永遠作用在芯級火箭質心附近。這樣做雖然一定程度上損失了一部分推力，但是相比推力的損失而言，火箭更看重的是安全性和可靠性，比如在發射過程中，如果某臺助推器發生故障的情況下，助推器噴管朝外側噴射可以避免對稱那側的助推器不至于因為兩側推力不一樣而造成火箭飛行方向偏轉。

二/火箭本身就是一個極其復雜精密的系統性工程，在火箭發射飛行過程中，成百上千個零部件需要實時接收飛控系統的指令完成相應指令動作，比如像第一種原因中，如果能夠借助故意設計來使得助推器質心主動靠近芯級質心的話，這樣就可以減輕飛控系統的復雜程度，而且還能減輕多套飛控設備的體積和重量。特別是對于火箭等航空器來說，一些經典的飛控設計架構一般情況下是不會輕易改變的，畢竟久經考驗的才是最為成熟可靠的，而大陸自長征2號運載火箭開始捆綁助推器以來，就采用了這種噴管故意朝外的設計架構，所以到長征5號/長征7號的時候，其實飛控架構并沒有發生太大的改變。

三/幾乎所有外掛助推器的運載火箭，在芯級和助推器的掛載上，助推器的尾噴口都是要略微高于芯級噴口高度的，這樣設計可以降低助推器質心和芯級質心的分偏。而且更為重要的是隨著火箭上升高度的增加，高空的氣壓越來越低，火箭噴管的尾焰也會隨之擴散，如果助推器噴管和芯級噴管是垂直朝下平行的，那么助推器噴管尾焰很可能會把芯級底座和發動機噴管燒毀，所以故意將助推器噴管超外側偏轉以避免。

再來說說國外的幾款芯級噴流尾焰和助推器尾焰基本平行的火箭，首先說說俄羅斯的聯盟運載火箭吧，這款基于世界上最早的飛彈改火箭衍生而來的俄當前主力載人火箭，雖然在發射過程中，我們可以看到聯盟運載火箭的助推器和芯級尾焰都是朝下噴射，并沒有向外側偏轉，主要是因為聯盟號火箭助推器和芯級之間間距太大，所以不用考慮助推器尾焰燒到芯級發動機的問題。

同時如果還是讓助推器的發動機噴管朝外偏轉的話，那么反而會因為芯級和助推器間距過大，導致左右兩側對稱的助推器噴管的噴流與芯級夾角過大，繼而導致推力損失過大，降低推進效率。所以聯盟火箭的助推器保持垂直朝下噴射來保證火箭飛行過程中，助推器質心和芯級之間基本吻合，再加上助推器和芯級都有矢量噴管輔助，這樣既保持了火箭發射過程中芯級和助推器噴流不會產生影響，而且這樣也不影響芯級火箭發動機效率。

而另外一款質子號運載火箭一級火箭裝備的6臺火箭發動機，每臺發動機可切向擺動，以通過矢量偏轉來保證火箭保證飛行轉向和矢量控制飛行方向等，再加之六臺發動機間距都比較大，所以火箭在發射時六臺發動機尾焰也都是朝下噴射的。

其次是美國軍方慣用的德爾塔4重型運載火箭，該火箭采用了三臺通用芯級并聯捆綁設計，雖然德爾塔4重型運載火箭芯級和兩側助推器尾焰都是共同朝下噴射的，但是為了保證兩側助推器不會因為發生故障導致火箭偏轉嚴重，所以德爾塔4重型火箭使用的三臺RS-68氫氧火箭發動機噴管本身具備矢量偏轉能力，同時在整個發射過程中，左右兩側的助推器發動機會根據飛控指令隨時調整發動機推力大小，以避免另外一側推力減小時，左右兩側推力不一樣而嚴重偏轉。

再一個是當紅炸子雞的SpaceX公司的獵鷹重型運載火箭，該火箭芯級和助推器使用了相同的獵鷹9一級火箭，但是獵鷹9一級火箭使用的9臺梅林1D發動機除了中間芯級那臺發動機外（中間芯級具備發動機整體偏轉能力，以滿足一級回收時火箭減速姿態控制需求），其余外側8臺發動機都沒有噴管偏轉矢量推進的能力，所以為了避免多臺發動機在飛行過程中，某個發動機故障導致左右兩側推力不均勻的問題，早在獵鷹9運載火箭的時候，9臺發動機布局就從早期的田字格換成了現在的圓形排列，這樣設計可以使得外圈的8臺發動機推力質心更靠近芯級發動機推力質心，有效的提升火箭推進效率，繼而提升火箭的運載力。但是也為了避免某個發動機故障導致火箭推力不均勻的問題，獵鷹9火箭的9臺發動機全部具備動力停機沉余技術，也就是當某臺發動機發生故障導致左右兩側推力不一樣的時候，對稱一側的發動機會自動降低推力以保證火箭發動機整體推力質心不會發生太大的改變，到三臺并聯的獵鷹重型火箭時依然如此。

當然現如今歐美很多新型火箭都采用了通過控制發動機噴管矢量偏轉的技術，來保證火箭在飛行過程中，火箭發動機推力質心永遠在火箭質心附近。比如美國的宇宙神5火箭使用的俄制RD180火箭發動機的兩個尾噴管就具備同時朝不同方向偏轉的能力。