長征五號芯一級為什麼用液氫液氧發動機而不用液氧煤油發動機？

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長征5號芯一級用的液氧液氫發動機，2台51噸推力，液氧液氫加起來總共158噸，工作480秒，算下來每秒每噸推力消耗0.003227噸燃料。
長征5號助推器用的液氧煤油發動機，2台120噸推力，液氧煤油加起來總共135噸，工作180秒，算下來每秒每噸推力消耗0.003125噸燃料。
那麼算下來液氧煤油每秒每噸推力應該消耗的少一點點呀，為什麼不全箭統一使用液氧煤油發動機，或者統一使用液氫液氧發動機，而要一個火箭使用兩種不同推力不同燃料的發動機呢？

芯級液氫液氧搭配固體或液氧煤油助推的設計並不罕見。比如說前蘇聯的
Energia 能源號，歐盟的亞利安5都是。一般對於外加的助推常會用0.5級來標註，比如說長征五的GTO構型就是2.5級火箭。這是因為助推用畢後拋棄，事實上有著類似於多級火箭的效果，可以提升整體運力。而多級火箭設計中，上面級的比沖越高，對整體運力的提升越大 (想要知道詳情請自行推導齊奧科夫斯基公式)，所以對於這類火箭的設計，對發動機比沖的要求是最上面級 &> 中間級 &> 芯一級 &> 助推，而對總推力的要求則是相反。液氧液氫發動機比沖高於液氧煤油發動機，所以設計上會這樣搭配。同時研發兩種發動機的好處還有一個在於方便模塊化設計的同時最大化常用載荷的效率，事實上，全液氧煤油的設計也有，就是長征七。

我來回答一個吧，其實題主想的沒有錯，但是關鍵問題在於題主查的數據有問題。助推器燃料總質量不是135噸而是144噸。
前面很多人提到了，不僅僅是推力重要，效率也很重要，作為火箭的上級，對效率的要求比對推力的要求要高，我就不再羅嗦了。衡量火箭效率的一個重要指標就是比沖，它的定義就是單位推進劑質量產生的衝量，而衝量就是推力對工作時間的積分，在推力恆定的情況下，衝量就是推力與時間之積。
若假設推力恆定，比沖I等於推力f乘以工作時間t除以消耗的推進劑質量m，即
I = f t / m
這麼看來「每秒每噸推力消耗的燃料質量」可以表達為
m / t / f
剛好是比沖的倒數，因此題主的想法是對的，前面有人看都不看就開噴，有點那啥了。
按照我查到的數據計算，得到的YF-77的比沖
I = 2 × 51e3 kN × 480 s / 158.3e3 kg = 3031 m/s
與百度百科上的比沖數據（3058 m/s）基本吻合。
對於YF-100，按照以上公式計算得到的比沖
I = 2 × 20e3 kN × 180 s / 144e3 kg = 2940 m/s
與百度百科上的比沖數據（2942 m/s）也是吻合的。可見YF-77的比沖比YF-100要高，更適合做上級。
按照題主的想法，如果把數據修正過來。長征5號芯一級用的液氧液氫發動機，2台51噸推力，液氧液氫加起來總共158.3噸，工作480秒，算下來每秒每噸推力消耗0.003233噸燃料。
長征5號助推器用的液氧煤油發動機，2台120噸推力，液氧煤油加起來總共144噸，工作180秒，算下來每秒每噸推力消耗0.003333噸燃料。
雖然差別很小，但是後者不如前者，所以前者做上級。最後加一段引用文字：

YF-77發動機在技術距離世界先進水平更遠一些，其地面推力約52噸比沖約310秒，真空推力約70噸比沖約426秒，噴口直徑約1.45米。從推力上說，YF-77可以說是新一代運載火箭氫氧發動機中推力最小的型號，不僅無法與德爾塔 IV火箭RS-68發動機的 344噸真空推力相比，也遠低於阿里安5上火神2發動機的137噸真空推力和日本H-IIA/B火箭上LE-7A的112噸真空推力。當然，YF-77的推力不足在現有設計下影響不大，長征五號最大運載能力的構型也僅僅是使用了2台YF-77發動機，並不構成可靠性問題。不過在氫氧發動機的比衝上，YF-77發動機就偏低了。美國的RS-68發動機針對大氣層內飛行環境做了優化，地面比沖高達359秒接近了太空梭主發動機(SSME)的水平。日本的LE-7A發動機採用分級燃燒循環，在比衝上天然的對燃氣發生器循環有優勢，真空比沖442秒。

注意這裡改用千克力單位制，比沖需要除以重力加速度9.8 m/s/s，也就是309 s，約為310 s，到了高空，由於空氣稀薄，比沖略有增加，但也僅有430 s。可以發現這與國際先進水平的確還是有些差距，遜是遜了點，但咱們畢竟有了不錯的發動機，要相信咱們的火箭發動機還會越來越牛的。

瀉藥，多圖預警，流量黨慎入
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首先我先為煤油證個名：@Kofi Yu說因為環保，我嚴重不同意，液氧煤油發動機沒有環保問題（民航客機不還是用航空煤油嗎？建國後供電不足的時候農村包括城市晚上許多都是點煤油，不要動不動就黑煤油好不。）
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比較同意 @劉冬雪同學的觀點，長征五號助推級不使用液氫/液氧的推進劑組合完全是出於技術上的考慮。首先看看長征五號。

長征五號的動力系統：助推器採用120噸級YF-100液氧煤油火箭發動機，芯級（就是中間比較粗的那部分）採用50噸級YF-77液氧液氫火箭發動機。

YF100

YF77
我大概說說採用液氫/液氧的YF77發動機的技術難點：液氫沸點-252.7℃，屬於低溫推進劑，保存是個很大的問題，發動機需要用低溫液體預冷，以免突然接觸低溫推進劑後炸裂，還有液氫防靜電問題，液氫是不導電的，靜電積累多了產生火花就爆炸。液氫液氧推進劑的燃燒溫度有三四千度，對噴管要求也很高。
在此插播一段YF77的廣告：
2001年12月大推力氫氧發動機研製立項獲得批複，但是2007年卻遭遇了國內外罕見的重大技術障礙，先後四次試車結果不理想，直接影響到整個研製進展。研製人員在發動機推力室從強度分析、振動分析，以及產品結構設計等方面上進行了改進，效果不理想後又改用「一大四小」的改進方案：使用隔板噴嘴，改進推力室結構，提高面板連接強度。終於在2009年12月，發動機轉入試樣研製階段，歷經十年艱苦攻關，至2012年8月17日，YF77發動機關鍵技術全部突破，累計試車22000秒，但是，距離歐美水平還差的很遠。
在火箭發射後，需要儘快衝出大氣層（稠密大氣的作用時間越長燃料能量消耗約大），所以CZ-5採用了技術上更為成熟推力更大的YF100作為推進器。
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至於上面級（芯級）為何要採用YF77（液氧/液氫），這個是因為上面級對比衝要求提高而推力要求降低的緣故。恰好這時，液氫/液氧組合比沖高於液氧/煤油組合，YF77雖然推力為50t級別，但是完全可以勝任芯級，所以芯級採用了YF77.
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芯級採用液氧/液氫組合的還有太空梭的主發動機（SSME），土星五號的第二級第三級（土星五第一級也採用的是液氧/煤油組合啊）

軌道器下面紅褐色的大傢伙就是液氧/液氫的儲箱，不要好奇，火箭的質量80%-90%都被發動機佔了，發動機質量的80%左右都被燃料佔了。

土星5號運載火箭。科普下：土星5號是截至目前仍是人類歷史上使用過的自重最大的運載火箭，高達110.6米，起飛重量3038噸，總推力達3400噸，是美國阿波羅登月計劃使用的液體火箭。（土星五號使用的發動機美國上世紀60年代已經研製成功，中國現在也做不出來） ——————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————革命還未成功，同志仍需努力。最後最後，以後還是不要邀請我回答相應問題了，現在航天是副業，正在轉CSing。

這是一個方向，我這次搞100t級別，下次搞300t……持續升級妥妥的。液氧煤油的技術我們之前就已經有成熟技術了。更何況液氫液氧比沖最大，新聞報道也有點兒噱頭了，還可講一講無污染，更環保，加註燃料沒有劇毒物質，233。我只是來抖機靈的。
但是液氫液氧發動機真的難搞。當年我就想做小型液氫液氧發動機（想用在探空火箭上），後來放棄了。畢竟常規材料承受不了低溫，而且我的技術就是個渣。::&>_&<::
@喪心病狂的白菜你怎麼看？

因為如果全用煤油根本就不能看，同樣運載能力，1630噸的起飛重量，18台起飛發動機還全是分級燃燒的，準備搞個21世紀的N1嗎？

我倒覺得煤油是異端……比沖的重要性其他答案里已經講了。大推力氫氧是王道，繞不開的。統一使用氫氧當然好，如果你的氫氧推力到了300噸，不用助推器只靠氫氧自己就能上天，這樣是墜吼的（delta4）！但是目前氫氧還只有50噸，所以只能用推力大但是比沖沒那麼高的助推器幫他一下。

但是助推器用煤油似乎不如直接用固推？煤油撐死了五六百噸，固推可以一千多噸。美俄的戰略導彈最初都有使用煤油的階段，後來才換成了常溫燃料，所以煤油發動機留在航天上一直發展下來一脈相承。
問題是我們的導彈一上來就是常溫燃料，從來沒有煤油發動機的經驗，再繞路去發展煤油似乎多此一舉啊？相反固體火箭從80年代搞巨浪，到90年代搞東風31，實際上已經很有基礎了。更重要的是固體火箭技術軍民兩用，就算航天不用二炮那邊也總歸要搞的，有限的資源為什麼不盡量利用呢？直接發展大推力固體助推器更划算，節省的能力用來早日推進我們自己的大氫氧機嘛……

長征5號是YF-77的牽引型號如果芯級不用YF-77 大推力氫氧就沒戲了 YF-220從何談起
芯一級用YF-77可以說是飯碗型號
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你要知道火箭需要的是衝量而不是流量你計算的這個沒啥意義而且發動機也不是全程滿推力推力是可調的所以你算得毫無意義
用同一種發動機如果用YF-100是可以的可以大幅度提高運力 4芯級4台YF-100 總共12台發動機 1440噸推力但是就無法一級半入LEO 雖說運力可以提高但是火箭會更加複雜 YF-77無法上馬
如果用全YF-77 這會導致飛不起來
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現役2款 YF-75D這個基本是頂級水平和另外個美帝的神器RL-10差距不大也不比日本的 LE-5系列差而且現在的噴管膨脹比只有80 空間大所以在氫氧上面級可以說毫不落後世界頂尖水平
但是YF-77這個就有點不行了氫氧機的接近墊底水平
未來發展的YF-220 200噸膨脹循環還是趕不上2大神器SSME和RD-0120 分別是太空梭和能源的主發動機這個已經是人類的巔峰了
還有個25噸的分級燃燒上面級這個如果能做出來也是個頂尖水平

關鍵是天朝科研有個東西叫做型號帶動

液氫液氧太嬌氣了,可靠性是個大問題
固體發動機比沖摻不忍睹啊

起飛階段推重比才是關鍵，只有足夠的推重比才能把推力與時間的乘積最大化轉化成火箭的速度增量