印度GSLV-D5運載火箭在第三級使用了CE-20氫氧發動機，推力達到了20噸，設計原理是什麼？

文科生，不理解。這個設計與中國的長征系列火箭各有什麼優缺點？

首先講講CE7.5這個名字是怎麼來的
CE兩個字母代表Cryogenic engine，說明這是一種低溫（即氫氧）發動機
7.5則代表推力為7.5噸
順帶講一下印度火箭分段的命名規律：第一個字母代表燃料類型，後面的數字代表燃料質量
比如將用於GSLV MKIII的固體助推器叫S200,其中第一個字母S表示這是固體（solid），200則表示裝葯為200噸
而PSLV第二級叫L40，其中的L表示液體（liquid），而40則表示燃料和氧化劑共40噸
安裝了這個CE7.5的上面級則叫做C12，意為低溫（cryogenic），燃料與氧化劑總重12噸

接下來講講這個RD-56的身世

RD-56是蘇聯第一種低溫發動機，也是全世界第一種分級燃燒的氫氧發動機
整個項目是從1965年開始，由化學機械設計局負責，目的是打算用來改進N-1火箭的，用於登月飛船的最後入軌。1966年進行了首次試車，但隨著N-1火箭和蘇聯登月計劃的放棄，這種火箭發動機也沒用武之地了，項目於1974年停止。

老RD-56的設計和性能

很多資料稱RD-56的比沖就有461了，實際上這是把RD-56和RD-56M搞混了。最早期的RD-56比沖只有440秒，混合比也是很怪異的6.5。雖然提高混合比可以提高密度比沖，但如此高的混合比其實是很容易造成局部富氧的，所以設計師們很快就把混合比降低到5.9了。較低的混合比也使得比沖有所提高，達到了447，不過後來的過程中，又重新把混合比提高到6.0了。
RD-56的室壓為6MP，遠高於同期的RL-10，即便是與最新型的RL-10B2或者LE-5A之類的比，也高出50%以上
早期型RD-56的噴管比為109，但因為其室壓較高，噴管直徑還不到1米，結構相當緊湊
然後就是額定推力7.5噸，工作時間1000s
總體來看，RD-56已經達到了很高的技術水平，447的比沖雖然看起來低於RL-10B2，但應該到RD-56的混合比為6，噴管比面積109（RL-10B2高達250）這個指標已經非常不錯了
我國的YF-75單機與RD-56推力相當，但總體性能還有相當的差距

RD-56的循環方式

基本原理圖如下

可以看出，RD-56和RD-0120一樣，也用的是同軸泵，不同的是RD-0120有預壓泵而RD-56沒有
氫氧泵同軸算是蘇俄的一大特色，實際上與RD-56同期的RD-57也是同軸，只有還在研製中的RD-0146採用了燃氣依次驅動的設計
一般來講，液氧泵最佳轉速在每分鐘15000轉左右，而液氫泵在30000-40000轉會比較好。RD-56的渦輪泵轉速約40000轉/分,這樣採用同軸設計實際上是犧牲了液氧泵的效率的，好處只有一個渦輪泵，不但成本較低，啟動也相對可靠
美國人對於這個問題的解決方案是採用了齒輪傳動，歐洲的HM-7也是用齒輪，而日本人則採用了雙渦輪泵依次驅動的設計
RD-56氫泵的出口壓力為10-12MP，與RL-10後期型號接近，氧泵出口壓力不明，估計比較高
預燃室的壓力約8.5MP，混合比不明
因為沒有預壓泵，所以對燃料和氧化劑進口壓力有較高的要求，為此採用了自生增壓
從以上的數據我們可以看出，RD-56的設計很有特色。優秀的設計是其高性能的來源，但也對部分部件(比如渦輪泵）的材料和加工提出了很高的要求。印度之所以山寨了這麼長時間，應該就是卡在這些問題上了。

RD-56M的出現

這N-1一下馬，一大批配套的東西都被扔倉庫了，比如著名的NK-33，RD-56也不例外，在倉庫吃了幾年灰，但金子總是要發光的
到了1982年，蘇聯航天界覺得同步軌道越來越重要了，但因為蘇聯緯度高，造成質子用DM上面級的時候GEO軌道運力並不理想
緯度問題是沒法解決了，但搞個高性能上面級還是能提高不少運力的。於是大家又把RD-56找出來，打算給質子搞個新的上面級。因為登月和發射衛星還是不一樣的，所以還需要對RD-56做一些改進，改進後的發動機這時候叫RD-56U
還沒等這新上面級搞出來，蘇聯就先解體了，已經在試車的RD-56U又再一次被擱置。不過還是那句話，金子總是會發光的
90年代初，印度成功的試射了PSLV型火箭，成為第六個能發射較大載荷的國家；另一方面，印度也成功的研製了Insat-2型GEO衛星平台，生產出了自己的通信衛星，但這時候衛星還只能找阿里安公司發射
於是印度人很自然的想到要在PSLV的基礎上發展一種可以發射Insat-2平台衛星的火箭，這就是後來的GSLV
要想實現較大的GTO載荷，高性能的上面級是必不可少的，但印度的航天工業基礎較薄弱，並不能很快拿出所需要的產品，於是印度政府決定找外援
至於印度當年找了幾家，都怎麼談的，我也不知道。但結果就是印度最後決定用這個RD-56U，在引進產品的同時，還引進相關的生產技術，最終實現國產化。美國人一開始對此頗為惱火，但後來也不了了之了
正在為資金困擾的俄國航天界自然是很高興這筆交易，不過RD-56U也不是完全適合印度的要求，也需要做一定的修改，修改後的產品改名為RD-56M

RD-56M和RD-56的區別

前面我們已經說過了，RD-56最早是用來登月的，並不適合發射GTO衛星。為此，俄國人對RD-56做了一系列的改進
主要包括
1 增大的噴管，噴管最大直徑擴大到1260毫米，膨脹比達到了198
2 增加了兩個小的活動噴管，推力各200公斤，同時主噴管推力降低至7.1噸
3 室壓降低到5.7MP
4 增壓系統改為氦增壓，取消了自生增壓
5 增加了多次啟動的能力
這一系列改進之後，RD-56M的主噴管比沖提高到461（也有資料稱462），兩個小噴管比沖為440；渦輪泵的轉速提高到41000轉/分，但各部分的壓力基本不變
現在的RD-56M是這個樣子，注意看小噴管

這種小噴管的設計也是很獨特的。雖然用游機代替TVC的火箭也不算少見，但一般都是由一台主發動機和一台4噴管的小發動機組合而成，像RD-56M這種小噴管和主發動機用同一套泵的設計目前還是獨此一家
兩個小噴管不但可以起到TVC的作用，還可以實現滾控，節約了一些重量。然而RD-56M本身卻相當的重……
俄國方面稱RD-56M有多次啟動能力（3次），但印度在使用的時候並沒有進行多次啟動，具體原因不明
總體來看，改進後的RD-56M是一個不錯的發動機，不但比沖較高，還可以實現滾控，很適合用於單發上面級，但這種發動機本身質量較大（282kg),也不太適合用於雙發上面級。

RD-56M的未來

隨著GSLV D5的發射成功，印度自製的CE7.5第一次成功的完成任務，十幾年的努力終於有了成果
但從技術角度來看，GSLV第二級關機的時候上面級和載荷的聯合體離入軌速度還差比較多，用CE7.5這種小推力發動機其實是不太合適的，重力損失會比較大
而印度的CE20已經在研製中了，未來不但會做為GSLV MKIII的上面級，也有可能取代CE7.5作為GSLV MKII的上面級
當然了，如果CE20不順利的話，那就只能用CE7.5繼續頂著了
考慮到印度航天的進步速度，個人覺得CE20應該不會有太大的問題，所以CE7.5可能只能成為一個匆匆過客吧
不過RD-56M的故事肯定還沒完，俄國已經展開了新一代低溫上面級的招標，明確提出了要以RD-56M發動機為基礎，相信不用多久就能看到竟標的方案出現了。