美國SPACE X公司的的超重型火箭，堆積了29台發動機，看得人頭皮發麻。而有些火箭卻選擇只用幾台大型發動機，中國也在為長征9火箭打造更大的心臟。我國為何不也堆砌現有發動機？發動機到底是越大越好，還是數量越多越好？
【堆得有些密恐的發動機，成為超重型火箭的一個標誌】
首先聲明，本文討論的是液體火箭發動機，固體火箭發動機暫且不表。
美國太空探索技術公司正在打算髮射超重型火箭，這個型號安裝了整整29台灰背隼發動機，火箭的尾部看起來密密麻麻的，相當壯觀。
與此同時，NASA的SLS “航天發射系統”超重型火箭，在9月底因為技術故障和各種天氣原因，被推回了廠房。“航天發射系統”一共只有4台發動機，尾部看起來要比超重型火箭簡潔得多。這兩種火箭的規格有很大差異，“航天發射系統”起飛重量2497噸。超重型火箭連帶“星艦”，起飛重量大約是4600噸。但即使如此，兩種火箭的發動機數量也相差太多了。
【SLS只有4個噴管，但發動機的個頭要大不少】
平均到每一噸起飛重量上，超重型火箭的發動機數量是“航天發射系統”的4倍。為何兩款火箭，會選擇差異這麼大的發動機布局？為何更重的火箭，卻使用一堆小發動機？這兩種選擇，在安全性和成本上有什麼差異？
實際上，更小的火箭有時候也會用很多台發動機。新西蘭火箭實驗室公司的電子火箭是一種起飛重量只有10.5噸的小型號，但是它的第一級也採用了整整9台發動機。這種叫做盧瑟福的發動機體積很小，一個成年人就可以把它抱在懷裡。比電子號火箭大得多的中國長征6號運載火箭，起飛重量超過100噸，第一級卻只用了一台YF100發動機。美國洛馬公司的宇宙神5大型火箭，起飛重量達到330噸以上，第一級也只採用了一台RD180發動機。
【電子火箭使用了9台發動機，但這個火箭其實都沒有一些發動機大】
火箭發動機的大與小，一種火箭用選擇什麼樣的發動機布局，是由非常複雜的因素決定的。
首先對比下，大小兩種發動機的優缺點。
用少量大型發動機所帶來的好處，當然就是火箭的結構和燃料供應管道上比較簡單。有多少發動機，就需要為它們設置多少安裝結構和燃料輸送管道。這對於火箭設計來說是一件不算太輕鬆的工作。在發動機安裝的時候，當然也是數量越多、裝起來越麻煩。安裝結構和管道本身也是佔用重量的。雖然小型發動機和大型發動機能夠達到比較接近的推重比，然而要是把上面說的兩類重量都算上，那麼用大量較小發動機，很可能會帶來火箭總體運載比上的不利因素。
【火箭發動機燃料管設計很複雜，燃料預熱、廢氣排放都是特別麻煩的事情，而這些燃料很多都是超低溫液態，同時又需要在數百度的環境下使用，管道設計上就需要考慮方方面面】
使用的發動機數量越少，那麼理論上發動機出現故障的概率也相對低，這個通過簡單的概率就能算出來。
但是大型發動機的設計難度很大，製造工藝也更加複雜。“航天發射系統”火箭所使用的RS25發動機來源於航天飛機的主發動機，而RD180發動機來源於蘇聯時代最強大火箭--能源號的RD170發動機。這是美蘇兩個超級大國在冷戰時期，用舉國之力研製出來的神器。哪怕是馬斯克這樣以航天創業先鋒形象出現的人，也不敢染指如此高端的產品。所以大型火箭發動機這種東西並不是不好，而是太珍稀了。
【大型發動機性能強勁，但對於設計加工來說挑戰更大】
當然作為航天強國來說，這種皇冠上的明珠是一定要摘下來的，目前中國正在為長征9號印載火箭研製推力接近500噸的新一代發動機，只有這樣才能夠支撐起中國人的月球基地夢想。
那麼大型發動機有沒有缺點呢？
大型發動機的缺點就是小型發動機的優點。小型發動機可以用成熟的工藝來大批量製造。一些非常小型的火箭發動機，比如我們在前文中提到的盧瑟福，可以用最先進的金屬3D打印技術來生產，不但能夠提高生產效率、降低成本，還能夠實現一些傳統工藝做不出來的結構。另外，在現代工程管理和質量控制技術的支持下，火箭發動機的可靠性已經大幅度提高，航天事業發展早期那種發動機忽然失效之類的事情，如今已經很少出現了。
比如獵鷹重型使用的發動機，單台可靠性已經達到99.9%以上，整體故障率就降低了。過去蘇聯N-1火箭一級並聯30台發動機，但由於單台可靠性才95%左右，整體故障率非常高，導致N-1火箭五次發射全部失敗，最終葬送了蘇聯登月計劃。
【長征9的個頭要不長征5大幾倍，發動機也就需要更大的推力】
馬斯克的灰背隼發動機不但大量製造和頻繁飛行，還是實現了10多次的重複使用，雖然偶然出現過一些不正常，但是從來沒有因為發動機故障損失過獵鷹9號或者重型獵鷹火箭。據中國航天科研人員的測算，多台發動機並聯可以實現可靠性超過100%，也就是說有個別發動機失效，可以把它關掉，其餘的發動機通過加大推力、平衡力矩，來保證火箭的正常飛行。
也就是說發動機數量如果足夠多，那麼可以允許其中有發動機失效，用其他發動機彌補即可，這也是解決問題的一個思路。
【產量有時也是一種質量】
所以到這裡，我們可以得到一個初步的結論，大小發動機這種事情的優劣，是一個動態演進的過程。僅僅考慮當前這個歷史階段，小型發動機的多台並聯，更適合那些打算開展商業化飛行的企業，他們需要的是成熟穩定的火箭和高強度、高頻率的飛行，允許一定的失敗風險存在。用大型發動機來研製巨型火箭，是國家航天機構的探索性行為，需要這些國家級的機構去冒着風險探索技術前沿，這樣才能帶來更多的技術突破，而這些技術突破，未來又可以轉化成商業價值，也就是我們常說的軍轉民優勢。
一旦大型發動機的技術完全成熟，就可以逐步轉向商業化在這樣的良性循環之下，可以推動人類的火箭事業不斷向前發展。所以，我們搞大火箭大發動機，不是因為它簡單，而是因為它困難。
【打牢基礎之後，就可以尋求更大的技術突破】
