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在各种航天推进技术中，液体火箭发动机凭借其高性能、可靠性和良好的任务适应性，最先进入航天工程应用。 他们一直占据主导地位，推动了探空火箭的发展（1926-1960）。 ）、弹道导弹（1944-1970）、运载火箭（1957-），开启了人类航天时代，支撑了航天活动的蓬勃发展。 如今，运载火箭（小型固体运载火箭除外）、航天飞机、空天飞机、航天器、卫星、空间站、深空探测器等各类运载火箭和航天器的主推进系统和辅助推进系统几乎全部采用液体火箭发动机作为动力装置。
针对不同的应用需求，液体火箭发动机已开发出不同推力水平、不同推进剂、不同推进剂供给方式、不同动力循环方式等多种类型、上百种工程产品。其中，发动机的性能和技术水平运载火箭基础级和上级主推进系统（简称主机）所采用的发动机直接决定运载火箭的效能，影响一个国家进入、探索、利用和发展太空的能力和水平。 因此，它被视为航天发展的基石，是国家安全和大国地位的重要战略保障。 同时，主机技术复杂、难度大，研制周期长、成本高。 它是国家基础战略产业，是国家工业基础、科技水平和综合国力的集中体现。 当今世界，只有中国、美国、俄罗斯、法国、日本等少数国家能够自主研制运载火箭主机并实现产业规模。
液体火箭主发动机起源于战略导弹的应用，此后在以运载火箭为基础的航天运输系统的引导下得到广泛发展。 其发展历程大致可分为四个阶段。
1）1950-1971年，政治军事竞争驱动的发动机发展阶段
在美苏之间的军备竞赛和太空霸权中，研制了一系列弹道导弹及其衍生的运载火箭，并研制了登月火箭。 在此背景下，液体火箭主机正在全力发展，研发生产类型较多且性能较低，且不重视成本。 推进剂主要是有毒可储存推进剂和液氧、煤油火箭发动机试车台，后来又发展了液氧、液氢。 主要循环方式是气体发生器循环，后来发展了高性能的补充燃烧循环和膨胀循环。
Titan-3B(s)
美国开发的典型常规推进剂发动机包括LR-87-AJ-11和LR-91-AJ-11（泰坦）； 典型的液氧和煤油发动机包括MB-3、RS-27/27A（雷神和德尔塔）和F -1(-5)； 典型的液氧和液氢发动机包括J-2(-5)和膨胀循环RL-10(-1/1B)。 苏联研制的典型常规推进剂发动机有RD-216M(-3M)、富氧补燃RD-253、RD-0210()； 典型的液氧煤油发动机有RD-107/108、RD-0110(Soyuz)、富氧补燃NK-33/43、RD-58M(N-1)； 典型的氢氧发动机包括富燃料补充燃烧D-57（N-1）。 法国开发了V型发动机（-1/2/3/4）。
中国研制YF-20/24发动机是为了支持CZ-2/3/4系列常规运载火箭的研制。
2）1972-1993年，民用航天驱动的无毒高性能发动机发展阶段
运载火箭的发展不受弹道导弹的影响。 其典型特点是无毒（液氧煤油、液氧、液氢）、高性能（补充燃烧循环、膨胀循环）、基础阶段推力大。 同时进行了再利用（SSME、RD-170、RD-0120）和工程应用（SSME）的探索。
美国富燃补燃SSME（航天飞机）、苏联富氧补燃RD-170/171M（泽尼特）、RD-120（泽尼特）、富燃补燃RD-0120（） 、欧洲HM-7/7B(-1/2/3/4)、(-5)、日本LE-5(燃气发生器循环)/5A(膨胀循环)、富燃补燃LE-7(H-2) ）、中国的YF-75（CZ-3）都是在这一时期研制的，推动了民用航天的蓬勃发展。
3）1994-2009年，高可靠、低成本、模块化一次性火箭驱动发动机研制阶段
国际发射市场蓬勃发展，但航天飞机的经济性和安全性却未达到预期。 高可靠、低成本、多功能的一次性火箭成为发展重点。 发动机开发不再过多追求性能火箭发动机试车台，高可靠性、低成本、模块化推进系统成为重要因素。 各国发动机的研制和改进都是围绕这一思想进行的。
德尔塔-4
1994年，美国提出渐进式消耗运载火箭（EELV）计划，选定Delta-4和Atlas-5作为主要运载火箭系列，实现火箭替代，并自行研制了RS-68气体发生器循环液氧和液氢发动机方面，俄罗斯已委托开发了RD-180（源自RD-170）富氧补燃液氧煤油发动机。
同年，俄罗斯开始开发一系列新一代运载火箭，以取代大部分现有火箭。 为此，开发了富氧补燃液氧煤油发动机RD-191（源自RD-170/180）和RD-0124，以构建通用的基础级和上级模块。
-5
欧洲已研制出-5系列运载火箭，以取代-1/2/3/4，将改进为-2。 日本开发了H-2A火箭来替代H-2，并将LE-5A和LE-7分别改进为LE-5B和LE-7A。
中国研制了新一代运载火箭系列，提高运载能力，逐步取代有毒火箭。 开发液氧煤油YF-100、YF-115、液氧液氢YF-77、YF-75D 4型发动机，建成3种直径、6种类型的推进模块，掌握液氧煤油补充燃烧循环和液氧液氢膨胀循环技术已达到国际先进水平。
4）2010年至今，航天商业化驱动的低成本或可重复使用发动机的开发阶段
在航天商业化和空间经济化的背景下，运载火箭正在向成本最低的一次性火箭和部分或完全可重复使用的火箭方向发展。
在一次性运载火箭方面，为了降低成本、提高可靠性，日本开发了膨胀循环液氧液氢发动机LE-9，取代LE-7A，成为下一代H-3火箭的基础级； 欧洲研制的下一代-6火箭安装了膨胀循环液氧和液氢发动机“芬奇”，以填补上级的缺点并降低成本。
- 9
可重复使用火箭方面，美国公司研制的液氧煤油发动机-1D，运-9火箭第一级并联使用9台，已回收再利用； 超重型运输系统采用美国公司研发的全流量补燃液氧甲烷发动机，实现二级完全重复利用的目标。 Blue公司研发的富氧加油液氧甲烷发动机BE-4应用于新格伦火箭和联合发射联盟（ULA）下一代火箭，统一副级回收再利用。
我国开展了500吨级液氧液氢发动机YF-130和200吨级液氧液氢发动机YF-90的研制，支撑重型火箭的研制。 同时进行了液氧煤油、液氧甲烷可重复使用发动机的研制，并规划了可重复使用火箭。
表1和表2分别给出了国内外典型基础级和上级液体火箭主发动机的技术参数和使用情况。 图1至图5所示为各国典型的液体火箭主发动机。
从航天运输系统液体火箭主发动机的发展来看，有以下趋势。
1）一次性高可靠低成本运载火箭和可重复使用火箭将是长期并行发展的两条主线，发动机的研制和改进应围绕它们进行。
2）一次性运载火箭的首选动力配置是高推力液氧煤油（富氧补燃）或液氧液氢基础级与高性能液氧液氢上级（膨胀循环）的组合）。
3）可重复使用火箭可选择液氧煤油发动机和液氧甲烷发动机。 后者的优点是后处理简单。
4）不断改进现有发动机，不断提高性能和可靠性，扩展功能和应用场景，降低运营成本。
5）新型发动机的研制必须平衡性能、可靠性、成本等指标，形成主箭路通用推进系统模块，打造系列化火箭型号，实现全谱载荷覆盖，并兼顾可重复使用性。
长征7号
经过60多年的发展，中国自主研发了75吨级YF-20和5吨级YF-40系列常规发动机，50吨级YF-77、8吨级YF-75、9吨级YF-75D系列液氧、液氢发动机、120t级液氧、液氢发动机。 YF-100和18吨级YF-115系列液氧、煤油发动机推动了CZ-2/3/4系列常规运载火箭和CZ-5/6/7系列新一代运载火箭的发展运载火箭，形成覆盖高、中、低轨道，不同载荷要求的小、中、大型有效载荷的发射能力，支撑载人航天、北斗导航、高清工程、探月工程等国家航天重大工程的实施。火星探测，确立了我国航天大国地位。
在发展一流航天强国、支撑一流航天交通系统、建设航天强国的新历史节点下，立足国情、着眼未来，总结经验教训，把握演变规律，并对我国液体火箭主机的发展提出建议。
1）积极升级改进，提升整体性能船用物资，打造高品质产品
改进现有发动机是提高质量和可靠性、降低成本的直接手段。 美国RL-10发动机自1958年研制以来，不断改进，先后应用于阿特拉斯、泰坦、德尔塔、SLS等火箭，推力从6.67t提高到11.23t，比冲量提高时间由422秒增加到465.5秒，工作时间由422秒增加到465.5秒。 430s已升级为700s，已完成400余次飞行、15000次试飞、230万飞行秒。 可靠性超过0.999船舶物资，成为高性能上层飞机的典范。
我国YF-20系列发动机研制以来，边飞边改进，走出了一条持续改进、高质量生产的成功之路。 未来应进一步实现运载火箭主机的无毒升级，同时对新一代系列运载火箭主机进行改进和优化，提高综合性能，拓展能力，并制造了YF-100、YF-77基本级和YF-115，YF-75D的最后一个子类。
2）加快开发大推力高性能发动机，填补国内空白
与世界航天强国相比，我国液体火箭主发动机的主要差距是基础级推力低、综合性能低。 目前只有120t级YF-100和50t级YF-77大推力液氧煤油和液氧液氢发动机。 推力和性能与RD-180/191液氧和煤油发动机、SSME、RD-0120、RS-68相同，与LE-7A液氧和液氢发动机有很大差距。 已经不能满足运载火箭精简配置、优化频谱、扩大能力覆盖的发展需求，更不能满足重型火箭的应用需求。 为此，迫切需要加快大推力高性能发动机的研发，填补空白，形成能力梯度，达到国际先进水平。 这也是建设航天强国的重要标志。
3）统筹协调可重复使用发动机的开发
根据可重复使用技术特点和我国国情，统筹规划我国可重复使用运载火箭发展路线。 以YF-100、YF-115发动机为基础，初步开展可重复使用火箭及发动机关键技术论证验证； 我们还将同时规划可重复使用火箭和动力的开发。 基于再利用的理念和原理，开展可重复使用的液氧煤油和液氧甲烷发动机的研制。
4）完善基础理论体系，构建自主可控平台
液体发动机涉及结构强度、流动传热、喷雾燃烧、旋转机械、材料技术、传感测试、控制诊断等多个学科和专业，其技术水平的演变也根源于相关基础理论研究的发展。 建议制定中长期技术发展规划，以专项计划的形式组织相关研究，以补短板、强基础、促创新、建体系为目标安排研究项目。 研究成果将形成自主可控的知识体系和软件平台。 实现“解决工程问题、理解深层次机理、建立系统理论、指导工程发展”的良性循环，确保液体发动机高水平、快速发展。
5）推动研发模式转变和科研条件建设
在现役高密度投放、新研究快速迭代的背景下，要加快数字化研发模式转型，以数据模型为虚拟载体进行并行研发，积极利用数字孪生等技术逐步形成设计模拟、工艺优化、制造、测试。 验证集成能力。 同时，有序推进基础研究和工程开发支撑条件建设，重点建设系统级多学科模拟、燃烧观测、流态/负荷模拟、以及超高压燃烧、真正的中轴承/端面密封运行、数千吨级试验台等大推力、高性能发动机的研制急需的保障条件。
引文和致谢：李斌。 液体火箭主机技术现状及发展建议[J]. 前瞻科学技术, 2022, 1(1): 75-85
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