美国SPACE X公司的的超重型火箭，堆积了29台发动机，看得人头皮发麻。而有些火箭却选择只用几台大型发动机，中国也在为长征9火箭打造更大的心脏。我国为何不也堆砌现有发动机？发动机到底是越大越好，还是数量越多越好？
【堆得有些密恐的发动机，成为超重型火箭的一个标志】
首先声明，本文讨论的是液体火箭发动机，固体火箭发动机暂且不表。
美国太空探索技术公司正在打算发射超重型火箭，这个型号安装了整整29台灰背隼发动机，火箭的尾部看起来密密麻麻的，相当壮观。
与此同时，NASA的SLS “航天发射系统”超重型火箭，在9月底因为技术故障和各种天气原因，被推回了厂房。“航天发射系统”一共只有4台发动机，尾部看起来要比超重型火箭简洁得多。这两种火箭的规格有很大差异，“航天发射系统”起飞重量2497吨。超重型火箭连带“星舰”，起飞重量大约是4600吨。但即使如此，两种火箭的发动机数量也相差太多了。
【SLS只有4个喷管，但发动机的个头要大不少】
平均到每一吨起飞重量上，超重型火箭的发动机数量是“航天发射系统”的4倍。为何两款火箭，会选择差异这么大的发动机布局？为何更重的火箭，却使用一堆小发动机？这两种选择，在安全性和成本上有什么差异？
实际上，更小的火箭有时候也会用很多台发动机。新西兰火箭实验室公司的电子火箭是一种起飞重量只有10.5吨的小型号，但是它的第一级也采用了整整9台发动机。这种叫做卢瑟福的发动机体积很小，一个成年人就可以把它抱在怀里。比电子号火箭大得多的中国长征6号运载火箭，起飞重量超过100吨，第一级却只用了一台YF100发动机。美国洛马公司的宇宙神5大型火箭，起飞重量达到330吨以上，第一级也只采用了一台RD180发动机。
【电子火箭使用了9台发动机，但这个火箭其实都没有一些发动机大】
火箭发动机的大与小，一种火箭用选择什么样的发动机布局，是由非常复杂的因素决定的。
首先对比下，大小两种发动机的优缺点。
用少量大型发动机所带来的好处，当然就是火箭的结构和燃料供应管道上比较简单。有多少发动机，就需要为它们设置多少安装结构和燃料输送管道。这对于火箭设计来说是一件不算太轻松的工作。在发动机安装的时候，当然也是数量越多、装起来越麻烦。安装结构和管道本身也是占用重量的。虽然小型发动机和大型发动机能够达到比较接近的推重比，然而要是把上面说的两类重量都算上，那么用大量较小发动机，很可能会带来火箭总体运载比上的不利因素。
【火箭发动机燃料管设计很复杂，燃料预热、废气排放都是特别麻烦的事情，而这些燃料很多都是超低温液态，同时又需要在数百度的环境下使用，管道设计上就需要考虑方方面面】
使用的发动机数量越少，那么理论上发动机出现故障的概率也相对低，这个通过简单的概率就能算出来。
但是大型发动机的设计难度很大，制造工艺也更加复杂。“航天发射系统”火箭所使用的RS25发动机来源于航天飞机的主发动机，而RD180发动机来源于苏联时代最强大火箭--能源号的RD170发动机。这是美苏两个超级大国在冷战时期，用举国之力研制出来的神器。哪怕是马斯克这样以航天创业先锋形象出现的人，也不敢染指如此高端的产品。所以大型火箭发动机这种东西并不是不好，而是太珍稀了。
【大型发动机性能强劲，但对于设计加工来说挑战更大】
当然作为航天强国来说，这种皇冠上的明珠是一定要摘下来的，目前中国正在为长征9号印载火箭研制推力接近500吨的新一代发动机，只有这样才能够支撑起中国人的月球基地梦想。
那么大型发动机有没有缺点呢？
大型发动机的缺点就是小型发动机的优点。小型发动机可以用成熟的工艺来大批量制造。一些非常小型的火箭发动机，比如我们在前文中提到的卢瑟福，可以用最先进的金属3D打印技术来生产，不但能够提高生产效率、降低成本，还能够实现一些传统工艺做不出来的结构。另外，在现代工程管理和质量控制技术的支持下，火箭发动机的可靠性已经大幅度提高，航天事业发展早期那种发动机忽然失效之类的事情，如今已经很少出现了。
比如猎鹰重型使用的发动机，单台可靠性已经达到99.9%以上，整体故障率就降低了。过去苏联N-1火箭一级并联30台发动机，但由于单台可靠性才95%左右，整体故障率非常高，导致N-1火箭五次发射全部失败，最终葬送了苏联登月计划。
【长征9的个头要不长征5大几倍，发动机也就需要更大的推力】
马斯克的灰背隼发动机不但大量制造和频繁飞行，还是实现了10多次的重复使用，虽然偶然出现过一些不正常，但是从来没有因为发动机故障损失过猎鹰9号或者重型猎鹰火箭。据中国航天科研人员的测算，多台发动机并联可以实现可靠性超过100%，也就是说有个别发动机失效，可以把它关掉，其余的发动机通过加大推力、平衡力矩，来保证火箭的正常飞行。
也就是说发动机数量如果足够多，那么可以允许其中有发动机失效，用其他发动机弥补即可，这也是解决问题的一个思路。
【产量有时也是一种质量】
所以到这里，我们可以得到一个初步的结论，大小发动机这种事情的优劣，是一个动态演进的过程。仅仅考虑当前这个历史阶段，小型发动机的多台并联，更适合那些打算开展商业化飞行的企业，他们需要的是成熟稳定的火箭和高强度、高频率的飞行，允许一定的失败风险存在。用大型发动机来研制巨型火箭，是国家航天机构的探索性行为，需要这些国家级的机构去冒着风险探索技术前沿，这样才能带来更多的技术突破，而这些技术突破，未来又可以转化成商业价值，也就是我们常说的军转民优势。
一旦大型发动机的技术完全成熟，就可以逐步转向商业化在这样的良性循环之下，可以推动人类的火箭事业不断向前发展。所以，我们搞大火箭大发动机，不是因为它简单，而是因为它困难。
【打牢基础之后，就可以寻求更大的技术突破】
