二战结束之前，美国和苏联都对德国的火箭技术“垂涎欲滴”，在德国纳粹投降之前，美苏两国就各自制定计划，如何第一时间抢夺德国的火箭技术和火箭专家。精明的美国人早就制定了“回形针”计划，在攻入德国境内后，抢先在苏联人之前找到了冯﹒布劳恩和他的技术团队，接收了14吨的火箭技术文件和200枚V2火箭部件。
1946年，北美航空（North American Aviation）的航空物理实验室收到了两台德国的V2火箭发动机，对其进行拆解研究。实际上，在此之前，北美航空就已经开始了火箭发动机的研究。
在二次大战期间，北美航空作为美国的最大军用飞机制造商，已经意识到战争结束将意味军用飞机的需求大量下降。管理层认为，像德国的V2这样的导弹在将来可以为公司提供更多的发展机会。
以V2火箭为蓝本，红石系列火箭发动机就此诞生。具体点说，就是北美航空的Rocketdyne部门借鉴V2开发了红石系列火箭发动机。Rocketdyne就是后来的洛克达因公司，大名鼎鼎的液体火箭发动机设计研发公司。
洛克达因公司的火箭发动机家族谱
与V2火箭发动机相比，红石的燃烧室和燃气喷管被重新设计，保留以酒精和液氧作为推进剂，驱动涡轮泵的仍是过氧化氢蒸汽发生器（有设计改动），该发动机产生75000磅的推力，被称为XLR43-NA-1。
这里还有一个小插曲，本来北美航空设计的这款XLR43-NA-1火箭发动机是用于美国空军的纳瓦霍（NAVAHO）导弹，但是美国空军在中途又提出更远的射程要求，这个发动机法案不得被迫放弃。但恰好的是，美国陆军正在为其红石（REDSTONE）导弹寻找发动机，北美航空设计的这款发动机恰好符合要求，就这样原本为空军的导弹设计的火箭发动机，被用在陆军的导弹上。之后，北美航空的这款发动机也随着红石导弹改进而衍生（在上面的洛克达因公司火箭家族谱中也体现了这个小插曲）。
红石系列火箭发动机共有七个型号，因为关于早期型号的发动机的公开资料并不多，所以下文将依据该系列中的红石A-6和A-7型号的火箭发动机进行讲解。这里澄清一点，关于红石系列火箭的推力由两种说法，一种是推力75000磅，另一种说法是78000磅，实际上后者是将蒸汽发生器排出的废气产生的推力算入发动机燃气产生的推力之中。
红石导弹底部的A-7火箭发动机，注意上部显然是火箭发动机喷口，下部一根粗管为蒸汽发生器的废气排出管，废气的排出同样也带来部分的推力
对V2火箭涡轮泵与蒸汽发生器的继承优化
在前面一篇文章中，笔者提到德国V2火箭中泵压循环，指的是在蒸汽发生器中利用双氧水（过氧化氢）快速分解产生高温高压蒸汽，来驱动涡轮带动燃料泵和液氧泵，将推进剂从贮箱里泵出。同样，美国人保留了德国人的这种设计思想，仍采用双氧水分解反应来驱动涡轮泵的方式。
红石A-7火箭发动机上的涡轮泵，与V2火箭的涡轮泵设计非常相似，左侧是液氧泵，右侧是燃料泵，中间是被蒸汽驱动的涡轮
美国工程师戈达德其实已经悄无声息地实现了泵压革命，燃气发生器（与蒸汽发生器不同，燃气发生器直接采用推进剂在发生器中燃烧，产生的燃气给涡轮泵提供动力，这样就不用携带双氧水储存罐等复杂装置，减少火箭不必要的重量）循环似乎已经近在眼前，但是美国人将这种循环方式真正的应用在大型火箭发动机上花掉了更多的时间。
二战结束以后美国人和苏联人看到了V2火箭，都认为德国的液体火箭技术已经领先自己几十年。面对这种情况，最好的办法就是顺着V2火箭的设计的思路进行克隆，同时进行技术改良。
美国人在红石火箭发动机上，除了继承了涡轮泵的设计思路，还对蒸汽发生器进行了改良。在V2火箭中是将高锰酸钾盐溶液喷射到蒸汽发生器中与双氧水反应，红石发动机改变了这一设计思想。在蒸汽发生器中充填了耐高温碳化硅颗粒，它们在高锰酸钾盐中浸渍过，具有良好的催化效果。而且，采用这种结构还可以增大接触面积，加快反应速度。省去了高锰酸钾盐溶液贮箱，还改善了火箭的内部空间。
红石A-7火箭中的蒸汽发生器，双氧水在此被高锰酸钾碳化硅颗粒催化分解，产生的高温高压蒸汽驱动涡轮泵，改变了V2火箭中的蒸汽发生器设计
除了蒸汽发生器设计改变，双氧水的浓度也提高了。在V2火箭发动机中采用的双氧水浓度为80%，“红石”就提高到了98%，高浓度的双氧水分解能够产生更大的能量。即便是现在，超过90%的双氧水也不容易轻易可以买到，在美国只有食品机械化学公司（FMC）和德固赛（Degussa）两家巨头提供，一般不提供给私人小企业，主供美国军方和NASA。
红石火箭发动机的推力室重新设计
在介绍V2火箭中，我们提到德国的工程师为了给火箭发动机的推力室（燃烧室和下部喷管）降温，采用了冷却夹套的设计，燃烧室和喷管被设置成内外壁，中间是夹层，让液体酒精从夹层流过，带走多余的热量，红石的火箭发动机也保留了同样的设计。
红石火箭发动机（A-6或更早型号）推力室的剖面图，其内外壁中间是夹层，推力室底部有两个明显的酒精燃料注入口，喷管内的长杆为点火器
V2火箭发动机推力室剖面图，与红石火箭发动机对比可以看出很多不同，顶部有18个燃烧器杯
不过，美国人对发动机的燃烧室和下部喷管的形状进行了重新设计。而且，与V2火箭不同，红石发动机不是采用燃烧室前段18个燃烧器杯，而是采用平面喷射器（Injector），这样的设计大大简化发动机的管路，省去整个推力室顶部复杂的管路设计。
在红石火箭的推力室的剖面图中，可以看到一个细杆从平面喷射器上悬挂下来，这个细杆起到点火器的作用，给喷射器里的推进剂提供了火源，为火箭点火。
但是这种点火器通常并不理想，必须在测试或发射之前手动安装它，工作人员需要爬入推力室内部进行安装。另外，这种点火器顶端有金属外壳，火箭启动后，金属外壳被火焰喷出，有可能撞在推力室内壁，损坏推力室。
给推进剂贮箱增压的必要性
在之前讲解V2火箭时，有一点笔者忘记提及，那就是“自身增压”方式。实际上，双氧水分解产生的蒸汽驱动涡轮转动后，还存在大量的余热，这些余热就可以被再次利用。德国工程师就在蒸汽发生器排气管尾端出口，埋入一段螺旋型（螺旋型是为了尽可能增大接触面积，提高热传导效率）液氧管路，这些液氧受热汽化后送回液氧贮箱，对贮箱进行增压，这种方式后来就被称为“自身增压”。在红石火箭发动机上也继承了这样的“自生增压”方式。
红石A-7火箭发动机蒸汽发生器的废气排放管子的中段（推力室右侧的那根粗管，红色方框圈起部分）的内部藏着热交换器，液氧在此受热汽化后返回液氧贮箱增压。注意推力室仅有左侧是一根燃料管道，使燃料从底部注入，冷却推力室
这种“自生增压”从原理上来看与挤压循环基本相同，不过就是将氮气换成了“加热氧气”，但这种小技巧就省去了携带多余的氮气瓶。保存这种挤压循环是非常有必要的，尤其火箭失去地球重力之后，需要将推进剂挤压到贮箱底部，这样才能被涡轮泵泵出。
在V2上，对于燃料贮箱，还是采用以高压氮气为工质的气体增压方式，虽然笔者没有查询到红石火箭发动机的燃料贮箱的增压方式，但笔者猜测美国人可能还是保留了高压氮气给燃料贮箱增压的方式，这是基于三点判断：第一，在介绍红石火箭发动机的资料中，仅提到蒸汽发生器的蒸汽给液氧加热，之后返回液氧贮箱增压，没有提到给酒精加热。第二，再生冷却过程的酒精最后都流入燃烧室，也没有返回贮箱。第三，虽然在后来的发展中，出现了将燃气发生器中的燃气注入推进剂贮箱进行增压，但是，红石火箭发动机中的蒸汽顺着推力室旁侧的粗管排出。
A-7燃料管的重新设计和红石导弹的新风循环
红石系列火箭发动机共发展了7个版本，总的来说，每个版本在上一代基础上对某些部件有所修改，七个版本基本可以互换，仅需对管道进行少量调整即可将发动机与导弹匹配。
不过，在红石A-6和A-7之间，进行了一次重大发动机配置的更改，A-6从涡轮泵的燃料侧延伸到推力室底部的燃料入口，连接的是两条燃料管，到了A-7就修改成单根燃料管（上文A-7火箭发动机图中可见）。
红石A-6火箭发动机的推力室两侧各有一根燃料管通向推力室底部
在红石导弹的内部还设置了空气循环泵，从导弹的底部抽取空气，用来给导弹底部做强制新风循环。这也是冯﹒布劳恩从V2导弹里面得到经验教训以后改进的。导弹树立在发射场之后，具体的发射时间未定，导弹却装着一大罐液氧等待。
上图是红石导弹底部的一个侧面凸起，空气循环泵从该凸起的右侧大孔抽取空气
零下183度的液氧会让周围的空气中的水蒸气冷凝，为了防止冷凝水或者冰坨子对导弹尾部造成破坏，冯﹒布劳恩设计了上面的空气循环泵，及时吹散水雾。
结束语
1959年，NASA正式启动了美国的载人航天工程，即：水星计划，共有三种火箭被选中作为运载工具，红石火箭就是其中之一。1960年，红石——水星运载火箭进行了逃逸塔测试，所谓的红石——水星运载火箭，其实就是红石导弹基础级加上了水星飞船的组合体。之后，红石——水星2号运载火箭升空，该火箭成功将黑猩猩Ham送入太空。
这一切都是为了载人航天做准备，但是美国还是晚了苏联一步，1961年5月5日，红石——水星3号运载火箭将美国宇航员小艾伦﹒巴特雷特﹒谢泼德送入太空，而此时苏联的尤里﹒阿列克谢耶维奇﹒加加林已经从太空遨游一圈回到地球了。
火箭发动机，人类玩火的极致（一）——德国A系列火箭
