眾所周知，一款好的武器和大型裝備，應當有著數(shù)十年的服役壽命，并應當系列化發(fā)展成符合高中低檔需求的各種產(chǎn)品。從裝備立項開發(fā)到衍生產(chǎn)品誕生，共有兩大流派：1、以高端型號為旗艦項目啟動，在旗艦項目完成后，利用子系統(tǒng)分別開發(fā)高中低檔衍生產(chǎn)品，即所謂的“減法”；2、以中低端型號為發(fā)端，不斷添加新的模塊和深度改進，最后形成具有完整性能的全系列產(chǎn)品，即所謂的“加法”。

現(xiàn)實中，兩種技術都有其非常成功的代表性產(chǎn)品。下面，就讓我舉幾個航天領域的例子讓大家以管窺豹。

旗艦立項，向下分解（減法）：

1、長征五號系列運載火箭

在21世紀初，我國投入使用的火箭仍然只有上世紀七十年代開始使用的長征二號系列運載火箭及其發(fā)展的長征三號、四號運載火箭，運載能力較低，無法完成深空探測、大型航天器和空間站的發(fā)射任務。因此，我國在21世紀初期啟動了長征五號運載火箭計劃。

長征五號立項時，正趕上我國新一輪航天工業(yè)的爬坡?lián)Q擋階段。由于傳統(tǒng)偏二甲肼-四氧化二氮發(fā)動機燃料毒性大，發(fā)射場偏僻，且燃料成本較高，比沖較低，不適合發(fā)展下一代無毒無污染的重型運載火箭，因此我國決定仿效歐美常用的液氫液氧發(fā)動機為芯級主機的設計，開發(fā)全新的長征五號運載火箭。在歐美日，除了德爾塔IV 重型外，大部分大型運載火箭都采用固體燃料助推器作為起飛動力，而我國當時尚未有制造單體超過100噸重量的固體推進器的能力，因此我國轉(zhuǎn)向了俄羅斯能源火箭的技術構型——高推力的液氧煤油發(fā)動機作為起飛級助推段發(fā)動機，然后芯一級采用液氧液氫發(fā)動機。

由于長征五號意義在于將我國運載能力從9噸級（長2F）提升到25噸級的飛躍，長征五號作為了中國航天事業(yè)21世紀頭20年的旗艦級項目開始研發(fā)。無論是超大型的火箭箭體的設計、加工、焊接、裝配，5米燃料箱的加工，檢測，灌注燃料，YF100液氧煤油發(fā)動機、YF77液氧液氫發(fā)動機，還是配套的海上火箭輸送船、南海島礁的航天測控等配套設施，對當時只能制造長征2，3,4運載火箭的我國，這套設備都幾乎是從零開始起步。由于整個工程跨度極大，我國最終在長征五號上采用了100%有別于中國以往火箭的既有技術，可謂說“每一寸都是新的”。在歷經(jīng)15年的開發(fā)和2017年遙2墜毀（渦輪泵設計存在系統(tǒng)性問題，產(chǎn)生不易查出的共振引發(fā)渦輪泵破裂失效，2019年4月才得以查明原因并修改）的苦難后，2019年年末，修復故障的長征五號遙3成功發(fā)射，今年我國又連續(xù)2發(fā)長征五號發(fā)射成功，先是由長五乙遙1將新型載人飛船測試船發(fā)射上天，接著長征五號遙4將天問號火星探測器發(fā)射成功，宣布了長征五號正式達到服役水平。未來，我國嫦娥五號探測器、中國載人航天站都需要長征五號進一步大顯神威。

由于長征五號在基礎理論、制造工藝、發(fā)射流程、子系統(tǒng)設計上為我國的航天提升了一大臺階，我國在長征五號的基礎上也利用其先進成果開發(fā)了長征六號、長征七號運載火箭，其發(fā)動機YF100正是利用了長征五號助推級的發(fā)動機，為我國航天事業(yè)系列化發(fā)展提供了堅實的基礎。

2、俄羅斯RD-170系列火箭發(fā)動機

要提到中國長征五號的YF-100發(fā)動機，就必須提到它的技術來源天頂火箭的RD-120發(fā)動機，而RD-120發(fā)動機正是蘇聯(lián)推力最強的RD-170發(fā)動機的先導型號?，F(xiàn)在，就讓我們談談著名的RD-170火箭發(fā)動機。

在N1火箭使用數(shù)十個發(fā)動機的計劃破產(chǎn)后，蘇聯(lián)不得不放棄了不成熟的多發(fā)動機設計，轉(zhuǎn)為設計大推力火箭發(fā)動機。在1973年，蘇聯(lián)提出了新的700噸級發(fā)動機計劃，當時還未打算用于航天飛機的發(fā)射，后來美國發(fā)射成功航天飛機后，蘇聯(lián)決定以這種計劃中的發(fā)動機推動巨大的能源號火箭，發(fā)射航天飛機。因此，這種發(fā)動機的研發(fā)得以加速。

蘇聯(lián)人歷史上從未有過700噸推力的發(fā)動機，當時推力最大的只是460噸的RD-264發(fā)動機，是R-36M（SS-18撒旦）的主發(fā)動機，而且是偏二甲肼·四氧化二氮的有毒燃料發(fā)動機。因此，蘇聯(lián)人決定以RD-264發(fā)展RD-170時，需要承擔非常大的風險，而且并沒有備份計劃可以彌補。經(jīng)過數(shù)年努力，RD-170終于在1980年首次點火，但僅僅4.4秒就被迫關機。之后15次試驗也不成功，被迫先降低到600噸推力進行測試，獲得成功。于是，蘇聯(lián)人決定先以600噸的減推力版本先制造一枚小型的火箭，以避免直接上能源號引發(fā)不可控災害。這種小型火箭（其實也很大）就是后來的天頂號火箭，芯一級使用1個發(fā)動機，為此將RD-170的伺服系統(tǒng)改為雙擺，以控制火箭飛行航向。但是這枚600噸推力的天頂號火箭仍然在1982年6月26日發(fā)射僅6秒后爆炸。蘇聯(lián)人一度想要放棄，但MD-185發(fā)動機替代計劃、固體燃料火箭的計劃都無法短時間成功，于是蘇聯(lián)人不得不回頭去搞RD-170/171發(fā)動機。經(jīng)過調(diào)查殘骸，他們發(fā)現(xiàn)是不可控的共振導致渦輪泵進氣口的鋁合金出現(xiàn)裂紋和粉碎，其中的鋁合金顆粒進入了發(fā)動機燃燒室引發(fā)爆炸。由于蘇聯(lián)人急于發(fā)射航天飛機挽回面子，且此時共振檢測技術還不如2019年中國檢測出長征五號的發(fā)動機故障時的水平，蘇聯(lián)人發(fā)揮“簡單粗暴”的個性，將一個過濾網(wǎng)加在渦輪泵進氣口上，成功阻擋了鋁合金顆粒，確?；鸺l(fā)動機在共振解體前都可以穩(wěn)定運轉(zhuǎn)（反正共振本身不會在它燃燒時間內(nèi)摧毀發(fā)動機）。這樣一來，RD-170/171的共振爆炸問題得到解決，1985年4月天頂號火箭順利升空，證明RD-171問題得以解決，不久RD-170在1988年也成功發(fā)射了能源號運載火箭，項目取得圓滿成功。

由于RD-170性能相當成功，俄羅斯在蘇聯(lián)解體后也以其為母型降級開發(fā)出多個子型號，以勝任推力更小的環(huán)境。

第一個產(chǎn)品是俄羅斯對美國宇宙神（阿特拉斯）號火箭出口的RD-180發(fā)動機。該發(fā)動機保留了RD-170的兩個燃燒室，推力從800KN級下降到400KN級，以滿足美國這枚全重214噸（宇宙神3號）-530噸（宇宙神551）的火箭發(fā)射使用（宇宙神5需要配合固推）。由于推力相當充沛，美國宇宙神-5號火箭至今仍然常用于美國發(fā)射各種載荷。

第二個產(chǎn)品是僅保留一個燃燒室的RD-191，推力下降到200噸級，用于驅(qū)動俄羅斯安加拉系列運載火箭的芯一級和助推器。在使用5臺RD-191（一級+4助推器）時，安加拉A5可以最大發(fā)射24噸的載荷到達近地軌道，但發(fā)射到地球同步軌道載荷就因為俄羅斯的緯度較高而只剩下7.5噸能力。

第三個產(chǎn)品則是RD-191進一步削減推力到170噸的RD-151發(fā)動機。該發(fā)動機是俄羅斯特別為韓國研發(fā)的羅老號運載火箭配套的，原計劃2009年先于朝鮮的銀河號火箭把朝鮮半島第一枚衛(wèi)星送上地球軌道，但此次發(fā)射最終因為韓國的整流罩未打開而失敗；2013年，在朝鮮發(fā)射的銀河3號成功1年后，韓國的羅老號才得以發(fā)射成功，在南北朝鮮的航天競賽中保住了一點顏面，但由于政治意義已經(jīng)不復存在，羅老號此后未再次發(fā)射。有意思的是，朝鮮發(fā)射的銀河3號火箭發(fā)動機被據(jù)信是蘇聯(lián)R-36（SS-9懸崖，R-36M撒旦直接前身）的RD-250發(fā)動機簡化為1個噴口而成，而RD-250又是RD-264的前身，所以南北朝鮮不僅在火箭審美上驚人一致，發(fā)動機居然也都是由蘇聯(lián)/俄羅斯發(fā)動機簡化而來，不得不說一個民族的巧合。

小步快跑，逐次提升（加法）：

1、中國東風系列導彈和長征2,3系列運載火箭

比起長征5號的“旗艦項目”，中國航天起步階段可謂是一間小房不斷添磚加瓦日益壯大的過程。下面，就讓我舉例說明中國彈道導彈和航天事業(yè)的起步過程。由于該內(nèi)容早已在各個兩彈一星和中國航天節(jié)目中多次講述，我會簡要提及他們的性能，重點突出各個系統(tǒng)的驗證、演進和繼承。

1962年，在中國成功發(fā)射V-2導彈發(fā)展的東風1號導彈后，更大射程，具備實戰(zhàn)核彈投放能力的導彈就被提上了日程。由于中國仿制V-2導彈過程基本比較順利，再加上同時代大躍進思想濃厚，我國科研人員一度認為火箭研發(fā)已經(jīng)摸到了竅門，覺得只要以此放大即可生產(chǎn)射程更遠的導彈。于是，他們將東風1號基本設計放大，成為了東風2號導彈。但是1962年春節(jié)這次發(fā)射卻以失敗收場。錢學森敏銳的推測到，這是因為火箭放大后，整體動力、受力、氣動都發(fā)生了改變，因此發(fā)射才會出現(xiàn)突然動力喪失而垂直落地的事故。所以，他一連帶隊進行了數(shù)個月的理論重建，然后花費一年多時間對生產(chǎn)，制造，裝配等過程進行全方位升級，從此奠定了中國“雙歸零”的基礎。在中國科技人才的努力下，中國終于在1964年6月29日將東風2號發(fā)射成功，隨后中國使用東風2號進行了兩彈結合實驗，宣告中國擁有了可以實戰(zhàn)化使用的核武器，正式躋身有核國家。

東風2號雖然射程還不如現(xiàn)在的東風16導彈，但是它對于中國二炮部隊、航天工業(yè)的理論、人才、質(zhì)量管理理論產(chǎn)生了不可估量的影響。在東風2號成功后，開發(fā)射程能夠覆蓋蘇聯(lián)遠東、日本的東風3號中程導彈提上了日程。

在解決了單個發(fā)動機的東風2號之后，中國科研人員明白單級單發(fā)火箭的上限已經(jīng)快挖光了。因此這一次沒有再走簡單的放大路線，而是嚴謹?shù)挠懻摿巳绾芜M一步提升推力，延長射程。最后，中國決定采用4發(fā)并車的設計，在起飛級使用4個YF1發(fā)動機，驅(qū)動一枚中程導彈。在1966年，也就是東風2號成功兩年后，全重65噸的東風3號火箭首次試飛，但因為動力提前喪失失敗。在1966-1967付出4次失敗代價后，經(jīng)過歸零研判，解決了發(fā)動機的問題（很可能也是多機并聯(lián)共振，伊朗、朝鮮迄今未解決起飛級發(fā)動機多機并聯(lián)的技術問題，可見難度之大），此后東風3成為了中國第一種能夠進入戰(zhàn)備的導彈，擔負對日本、印度和俄羅斯遠東戰(zhàn)略威懾任務，一直服役到2014年才被東風21全部退役，可見壽命之長。

由于中蘇問題急劇惡化，中國急需一種能夠直接打到莫斯科，阻止蘇聯(lián)對中國動武的準戰(zhàn)略導彈。由于中國酒泉基地達到莫斯科需要5000公里以上，這種射程單級導彈已經(jīng)無法勝任，因此中國立項了兩級液體燃料導彈東風4型計劃。由于射程超過5000公里，但低于8000公里，所以中國官方文件把東風4列入遠程彈道導彈。不過，在東風4服役以前，在1966年，中國決定以東風4型為基礎發(fā)射中國首個衛(wèi)星東方紅一號，該火箭加裝了第三級（固體燃料）并在1970年4月24日發(fā)射成功，命名為長征1號，出現(xiàn)了運載火箭比導彈還早服役的奇特現(xiàn)象。

長征1號火箭全重81噸，其動力總成為東風4號彈道導彈增加固體第三級而成，而東風4型彈道導彈的一級就是直接沿用了東風3型導彈。因此，長征1號可以看做是東風3號增加液體第二級（只有1個發(fā)動機）和固體第三級的運載火箭。

東風4型第一級為東風3型，采用4臺YF1型發(fā)動機并聯(lián)的YF2發(fā)動機（中國習慣4個并列的發(fā)動機會給一個型號代碼），東風4型第二級采用了YF1發(fā)動機發(fā)展來的高空級發(fā)動機YF-3，這種設計和日后的東風5型、SPACEX的F9型火箭是一樣的，優(yōu)勢是發(fā)動機通用，降低研制成本和維護成本。東風4型真正實現(xiàn)可靠性也得到1980年前后，雖然性能比起東風5號沒有優(yōu)勢，但是由于和中國產(chǎn)量最大的東風3通用良好，也一直服役至今，作為對印度，俄羅斯的威懾導彈服役。

東風2-4的動力都是發(fā)煙硝酸+偏二甲肼，其推進劑效能不夠，所以中國在立項第一枚洲際導彈-東風5號時，便開始研發(fā)新的四氧化二氮+偏二甲肼布局。由于核彈載荷和發(fā)動機的不可靠，東風5號最終服役也是1980年代，而在此之前為了驗證系統(tǒng)，東風5號也以長征2號運載火箭為名開始進行航天發(fā)射，在1980年代長征2丙成功后，東風5、長征2號系列完全穩(wěn)定，由此至今一直是我國核心的洲際導彈/運載火箭。

長征2號是非?？煽康膬杉壔鸺退黾又破鞯拈L2E和長2F火箭，主要將貨物發(fā)送到低軌道。由于地球靜止軌道衛(wèi)星的需求，中國于1984年仿效長征1號，在長征2號上增加液氧液氫第三級，構成了長征3號運載火箭。一開始的長征3號并不可靠，后來大幅修改為長征3號甲運載火箭，1994年至今毫無失敗。由于長征3號甲非常成功，以其為母型通過增加4個助推器（類似于長征2丙加裝助推器成為長2捆和長2F），即成為長征3號乙運載火箭，后來又由乙改為2個助推器，就是長征3號丙運載火箭。如今，長征2號系列，長征3號甲系列以及采用長征2號起飛級技術的長征4號火箭發(fā)射總量超過中國的90%。

2、SPACEX公司的F9火箭

馬斯克的獵鷹9系列火箭可謂是最近冉冉上升的一枚新星。作為一個商業(yè)公司，SPACEX采用了類似中國長征火箭的發(fā)展脈絡，也就是先解決1,2級發(fā)動機的通用性，然后先從基本型F9開發(fā)，再到3枚芯級并聯(lián)的FH重型火箭。同時，由于SPACEX主打可回收、可復用的優(yōu)勢，火箭發(fā)動機和箭體不斷在前一代基礎上快速迭代，從2010年首飛，到2014年驗證直接反推可回收性，再到2016年以來的高強度發(fā)射，再到2018年完成芯級并聯(lián)飛行的FH火箭，再到最近的載人航天，馬斯克的獵鷹9號火箭在發(fā)動機設計、外殼材料設計、彈道規(guī)劃、回收效果、復用時間上都取得了肉眼可見的進步速度。可見這種“小步快跑”“添磚加瓦”的發(fā)展戰(zhàn)略是非常有效的思路。

由此可見，“減法”設計以旗艦級龍頭課題為主導，試圖一舉拿下高端產(chǎn)品和全部配套技術，起點高，難度大，但也有精力集中的優(yōu)勢，美國的阿波羅計劃，蘇聯(lián)的暴風雪計劃，中國的空間站、殲20，航母計劃無一例外是這樣的國家級旗艦工程，通過建設偉大工程，全國各行各業(yè)都被積極調(diào)動起來，能夠不斷克服一項又一項技術難關，并講這些經(jīng)驗和成果推廣到其他領域，全國受益；而“加法”則適合起步和摸索階段，在技術積累不足、發(fā)展前途不明的時候，通過小步快跑，逐步加強技術難度和高度，增加不同功能的模塊，最終實現(xiàn)完整功能的最終產(chǎn)品，同時也磨礪了團隊的理論、研發(fā)、組織、制造的各項能力，鍛煉出來優(yōu)秀的團隊。因此，兩種技術各有千秋，要在正確的行業(yè)和領域使用才能獲得最大的效益。