長征五號如何在發動機技術落後歐美數十年的條件下，做到運載能力與歐美現役主流火箭等同的？

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1.長五的芯級發動機為YF77液氧液氫發動機，地面推力只有50噸。雖然對我國來講已經是巨大突破（研製時遭歐美嘲笑搞不出來，試車時曾爆炸），但是與歐美國家液氫液氧發動機技術和推力相比差距依然巨大，甚至YF77在技術上落後日本同級發動機也很多年。然而我能看到長五的運載能力已經達到了歐美現役火箭的運載水平，這是如何做到的？
2.YF100液氧煤油發動機地面推力120噸，長五四個助推器實際提供了火箭起飛階段90%的推力，那麼芯級發動機為何不適用YF100？

實現設計目標靠的是不計成本用手頭最好的發動機和用足發動機數量。

如果我們的煤油機性能有俄羅斯的水平，那麼不需要氫氧芯級純煤油就可以上天了。如果我們的氫氧機推力有美國歐洲日本的水平，那麼捆幾個比沖兩百多的便宜固推也照樣上去了。如果箭體減重和推重比有SpaceX的水平，那不用氫氧和分級燃燒，燃氣發生器煤油機都管用。這些都是留下遺憾的地方，我們的火箭還不夠理想。

但是另一方面，兩款主發動機YF100和YF77和5米箭體都是全新研製，在我國氫氧和煤油大推力發動機和箭體設計中史無前例的開山之作，遇到的困難也都是史無前例的。從無到有本身就已經是重大突破，實在難以要求更多。

長五最後用了地面比沖300s的YF100做助推，比起常用250-280s的固體助推高了一截。芯級用的是真空比沖426s的YF77，比起煤油發動機一般340-360s的真空比沖依然高很多，整體性能上憑藉芯級和助推高比沖的優勢彌補了其他短板。但技術角度看長五的成本也是最昂貴的。氫氧機比煤油機貴一截，煤油里分級比燃氣發生器貴，即使是燃氣發生器也比固體貴一截。小道消息是一髮長五要十億人民幣。

另一個手段是增加發動機數量保證起飛推力。長五為此一級並聯了十台液體發動機，並且分開布置在五枚箭體上。但這首先增加了助推分離難度，其次不具備備份冗餘，任一台失效（僅僅是失效不是爆炸）都將導致發射失敗，和能夠一台甚至幾台發動機失效時完成任務的冗餘多發動機設計有很大差別。這也是沒有大推力/小體積高推重比發動機帶來的難題，進而對單台發動機和分離機構的可靠性提出了極高的要求。

第二個問題，為什麼不直接用用YF100做芯級設計純煤油火箭。因為液氧煤油的比沖比氫氧低很多，會極大增加發射重量。當年長五論證的時候龍院士給出了一個計算：

——新一代運載火箭，2003，龍樂豪
可見氫氧煤油方案需要七百多噸發射重量（後來長五研製時實際超重一百噸），而純煤油就直接飆升一千六百噸去了，實在沒法用（這還意味著18台發動機並聯和超大號發射台）。最後純煤油的長七做出來，也確實和預計水平相差無幾。另一方面我們的氫氧機推力也不夠（Delta4H需要3台RS-68，而這裡的計算需要14台YF-77，現在5米箭體底下兩台，那麼就是一個芯級捆六個氫氧助推，畫面太美），大固推也沒有基礎，強行上純氫氧火箭或者氫氧固體方案過於勉強，所以最後用了現在的方案。

發動機限制在長五的設計過程中添了許多麻煩，航天能夠在這些限制之下努力騰挪，拿出一款完全滿足將來十年空間站需求的產品，是非常了不起的，也離不開國家的極力重視和支持。

最近長九的信息流出了一些，目前的設計方案之一如下：

助推級：高壓補燃液氧煤油YF480，四組8台

芯一級：高壓補燃液氧煤油YF480，4台

芯二級：高壓補燃氫氧YF220，2台

芯三級：膨脹循環氫氧25t發動機，2台

起飛重量4137t，起飛推力5873t，運載能力LTO50t。

對比一下土星五號，設計思路和條件限制可以直接套用前面的說法不帶改的（本來也就是同一批人，在同樣的技術基礎下做的）。

先說觀點：承認不足很重要，通盤考慮也重要。

首先，長征5號YF77和日本的LE7根本沒法相提並論，這是毋庸置疑的。性能上，YF77推力全面落後，比沖也有小幅落後。當然，造成這種結果的原因是多方面的。我們之前技術欠債太多，沒有其他人的幫助，蘇俄技術路線主要是液氧＋煤油等等。

但是，我國太空探索當中，對於長期有人駐留的空間站計劃在2020前後開始建造。這意味著我們2020年，必須拿出一款載量遠超長2F的火箭。考慮到時間節點的要求，技術的儲備，可能引進的技術支援，選擇芯級用液氧＋液氫，助推器用液氧＋煤油這樣的技術路線。

相比日本H2B或者美國的德爾塔4火箭的液氫液氧＋固體助推器，長征5號的液氫液氧＋液氧煤油的組合顯得格格不入，固體助推器的成本優勢相當明顯。但是我們也要考慮的，我們沒有更多時間了啊。我國空間站計劃2020上天，長征5原計劃是2015首飛，我們其實已經有點遲到。大推力液氫液氧引擎並不容易，YF77在實驗中也出現過事故。

航空航天這個產業，並不是技術越先進就越好，而是包括性能指標，可靠性，成本，時間節點在內的多方面平衡的結果。要尊重客觀規律，蘇聯N1火箭因為過多的發動機的共振而失敗，太空梭因為太過於超前的想法使得整個服役期間的表現只是差強人意。通盤考慮，基於我國現有技術基礎，規劃一條可行的技術發展方案，才是真正務實的行動。產品的追求更高技術指標絕對是正確的，但是也要考慮到技術發展的進程。如果只是不切實際的提高設計指標，最後只能像三哥一樣，啥都搞不定。

大家看的時候別誤會啊，我說的樓上不是現在這位樓上。。。現在樓上的回答我是認同的，這是以前的。現在不知道為啥那個回答沒了。

不不不，樓上此言差矣，發動機推力可不是發動機數量的疊加就能解決問題的。多發動機並聯很容易引起振蕩的耦合從而破壞機械結構甚至引發爆炸，參考蘇聯的n1，然後可能又有朋友說了那把發動機做粗點不就行了？不不不，這就又錯了，發動機直徑上去後，由於供應系統的流動，燃燒室沒湍流等更容易引發低頻燃燒不穩定，也很容易引發爆炸，這也是為啥n1那個怪傢伙要並聯那麼多發動機的原因，因為他們弄不出土星5那種超大發動機啊。。。。
之於樓主的問題，我說一下自己的想法，雖然我們的發動機稍有差距但是我們其他當面更加優秀。因為雖然液氧煤油比沖小，性能差，但是我們解決了很多問題，比如大流量的供應系統等，讓它達到了很大的推力和很好推重比不是么？而且我們解決了多發動機並聯帶來的振蕩耦合，分離機構的設計等等。或者說，那些主流的火箭並不是他們的極限，而5號的是我們目前的極限。？你說呢？

至於樓主的第二個問題，那就很好解釋了，我們就簡單的看一看齊奧爾科夫斯基公式吧，△v=vr*ln(m0/mk)對吧，這樣我們來假設一個三級火箭將它的質量分成4不分，第一級質量m1，第二級質量m2，第級質量m3，載荷質量m4，這樣△v分成三部分，第一級產生的速度，第二級，第三極對吧，這三個速度加起來，要到你的軌道速度，通過公式你就會發現，第三級如果質量升高一點，反應到前兩級就要響應的增加更多的質量(甚至可能是第三級加重的幾十倍倍左右)，這樣你是不是就要盡量的減少第三級的質量？
這個時候就要提到比沖了，比沖是什麼？單位質量推進劑所產生的衝量對吧？而液氫液氧的比沖比液氧煤油要高很多的？所以它可以幫我們減輕第三級的質量？於是我們要用液氫液氧而不是液氧煤油！

ps 為什麼我們要用液氧煤油呢？因為液氧煤油便宜吖！如果你因為芯一級使用液氧煤油而加重了第三級的質量，比如你多了5公斤，那麼你前兩級就要多出500公斤來抗衡它對吧！當然實際當然不可能是5公斤而可能會是噸的單位，這樣是不是得不償失了呢？

火箭發動機不僅僅要看推力，還要看比沖等關鍵指標。氫氧發動機在真空環境比沖方面遠高於液氧煤油發動機，所以各國大推力運載火箭經常用氫氧發動機作為上面級和芯級的動力。
先說說為啥不全部用煤油機——
簡單總結可以這樣說：工作時間越長，工作空間真空度越高的情況，越適合高比沖發動機;而工作時間越短，工作空間的大氣壓越大的地方，越適合大推力發動機。所以在不同的工作環境和工作階段，火箭對動力的需求是不同的。
比如說，火箭在起飛階段，大氣稠密，起飛加速過程中會受到很大的氣動阻力，需要可能大的推力維持其目標加速度。
而當火箭飛至大氣層邊緣以及進入太空真空環境時，阻力就很小了，它不需太大的推力即可維持目標速度/加速度。所以我們可以看到火箭經常是芯1級的發動機推力級別高、數量多，或捆綁多個助推器，往往採用液氧煤油機或固體發動機; 而上面級的推力小數量少，往往採用高比沖的液氧機。
再來說說主題的問題，手抖按錯，居然發出去了，我邊寫邊改吧

很簡單，靠堆發動機。
長征五號一級總共用了2台YF-77和8台YF100才讓推力得以滿足起飛要求。
相比較，同等運力的Delta IV heavy，只用了3台RS-68。
（當然這兩者的起飛推力實際上是不同的）
至於為什麼芯級不用YF-100，其他回答已經說的挺詳細了。

補兩個堆發動機的典範，一級有30台發動機的大名鼎鼎的前蘇聯N1火箭，和一級有27台發動機的SpaceX重型獵鷹。

看到幾個被頂的回答似乎都很專業，我對這個行業一點不懂，我只是一個板磚的。
但在幾年前我接觸過哈工大航天院的一位教授。當時有幸問了一個比較愚蠢的問題：「教授，你說，中國這航天技術這麼強，為啥飛機的發動機就弄不出來呢？」
教授：「你問這問題我都不想回答你，飛機一天得飛幾回？火箭上去下來就兩下，怎麼也給弄上去了！」
所以我覺得在一次性發動機問題上，我們差距還是可以接受的。。。。

其實達不到，距離宇宙神5重型之類的距離很大，其實應該奇怪的是為什麼日本的H2B那麼好的發動機才那麼點運載能力。

恕我直言火箭發動機的先進性與運載能力的大小並不是成正比當年土星5號60年代技術落後的燃氣發生器循環比沖低但人家運載能力吊打所有現役先進火箭無非就是效率低而已暴力堆重量也可以達到大運載能力啊再說我國液發雖然確實落後美帝20年問題這20年火箭技術也沒有啥突破性的進展並沒有帶來運載能力突破性飛躍

LE-7 推力 1078 kN

YF-10 推力 1340 kN

為什麼不強?

難道不是買的RD170幫的大忙