火箭发动机概论（1）真正的近代火箭的出现是在第二次世界大战时的法西斯德国早在 1932 年 德国就发射了 A2 火箭，飞行高度达为 3 公里1942 年 10 月发射成功 V2 火箭 （A4 型），飞行高度 85 公里，飞行距离 190 公里V2 火箭的发射成功，把航 天先驱者的理论变成现实，是现代火箭技术发展史的重要一页下面介绍一些 关于火箭的最基本知识早在 1903 年齐奥尔科夫斯基就推导出单级火箭的理想 速度公式 V=ωInMo/Mk 被称为齐奥尔科夫斯基公式ω 为发动机的喷气速度 Mo 和 Mk 分别是火箭的初始质量和发动机熄火（推进剂用完）时的质量，Mo/Mk 被称为火箭的质量比由这个公式可知，火箭的速度与发动机的喷气速度成正 比，同时随火箭的始末质量比（的自然对数）增大而增大如果使用性能最好 的液氢液氧推进剂，发动机的喷气速度也只能达到 4.3—4.4 公里/秒因此， 单级火箭不可能把物体送入太空轨道，必须采用多级火箭，以接力的方式将航 天器送入太空轨道 根据上面的公式，再利用牛顿定律可以求得火箭发动机的推力为 F=ωdm/dt，dm 为喷出气体的质量，dt 为单位时间，那么 dm/dt 也叫做燃料的 燃烧速率。
上式表明火箭发动机的推力与燃料的燃烧速率以及喷出气体的相对 速度成正比现在我们把推力与推进剂每秒消耗量之比称为比冲，它是推进系 统燃烧效率的描述比冲越高，射程越远，也就是燃料越省通常定义为单位 质量的推进剂所能带来的冲量（动量的改变），单位为米/秒（m/s）或牛·秒/ 千克（N·s/kg），工程上习惯使用秒（s）比冲越高代表效率越好，亦即可 以用相同质量的燃料产生更多的动量比冲是发动机性能的主要指标，其高低 与发动机设计、制造水平有关，但主要取决于所选用的推进剂的性能要获得 高比冲推进剂，要求推进剂具有高的化学能、高的燃烧效率和高的喷管效率， 喷管形状直接影响比冲的大小一般火箭的第一级要的是推力，如“土星”5 号火箭启程登月时，5 台发动机每秒钟消耗近 3 吨煤油，它们产生的推力相当 于 32 架波音 747 的起飞推力第二级和第三级要的是速度，提高喷气速度，减 少燃料消耗 多级火箭各级之间的联接方式，有串联、并联和串并联几种串联就是把 几枚单级火箭串联在一条直线上，并联就是把一枚较大的单级火箭放在中间， 叫芯级在它的周围捆绑多枚较小的火箭，一般叫助推火箭或助推器，即助推 级；串并联式多级火箭的芯级也是一枚多级火箭。
多级火箭各级之间、火箭和 有效载荷及整流罩之间，通过连接—分离机构（常简称为分离机构）实现连接 和分离分离机构由爆炸螺栓（或爆炸索）和弹射装置（或小火箭）组成平 时，它们由爆炸螺栓或爆炸索连成一个整体；分离时，爆炸螺栓或爆炸索爆炸， 使连接解锁，然后由弹射装置或小火箭将两部分分开，也有借助前面一级火箭 发动机启动后的强大射流分开的逃逸塔载人的火箭还有逃逸塔，逃逸塔在火箭的最顶端，它的任务是在火箭起飞 前 900 秒到起飞后 360 秒时间段内，也就是飞行高度在 0 公里至 110 公里时， 万一火箭发生故障，它的顶端的火箭推进器可以拽着轨道舱和返回舱与火箭分 离，并降落在安全地带，帮助飞船上的航天员脱离险境2008 年 9 月 25 日， 我国发射“神舟 7 号”的“长征 2F”火箭，就用到了逃逸塔，逃逸塔上有两组 11 个火箭推进器，在发射 120 秒时抛掉火箭技术是一项十分复杂的综合性技 术，主要包括火箭推进技术、总体设计技术、火箭结构技术、控制和制导技术、 计划管理技术、可靠性和质量控制技术、试验技术 火箭最关键的还是发动机，火箭发动机就是利用冲量原理，自带推进剂、 不依赖外界空气的喷气发动机。
基本原理是燃料在火箭发动机内转化为工质 （工作介质）的动能，形成高速射流排出而产生动力 火箭发动机按燃料可以分为化学火箭发动机、核火箭发动机和电火箭发动 机化学火箭发动机是目前技术最成熟，应用最广泛的发动机核火箭的原理 样机已经研制成功电火箭已经在空间推进领域有所应用后两类发动机比冲 远高于化学火箭化学火箭发动机主要由燃烧室和喷管组成，化学推进剂既是 能源也是工质，它在燃烧室内将化学能转化为热能，生成高温燃气经喷管膨胀 加速，将热能转化为气流动能，以高速（1500—5000 米／秒）从喷管排出，产 生推力化学火箭发动机按推进剂的物态又分为液体火箭发动机、固体火箭发 动机和混合推进剂火箭发动机液体火箭发动机使用常温液态的可贮存推进剂 和低温下呈液态的低温推进剂，具有适应性强、能多次起动等特点，能满足不 同运载火箭和航天器的要求固体火箭发动机的推进剂采用分子中含有燃料和氧化剂的有机物胶状固溶体（双基推进剂）或几种推进剂组元的混合物（复合 推进剂），直接装在燃烧室内，结构简单、使用方便、能长期贮存处于待发射 状态，适用于各种战略和战术导弹混合推进剂火箭发动机极少使用 固体火箭发动机为使用固体推进剂的化学火箭发动机。
固体推进剂有聚氨 酯、聚丁二烯、端羟基聚丁二烯、硝酸酯增塑聚醚等固体火箭发动机由药柱、 燃烧室、喷管组件和点火装置等组成药柱是由推进剂与少量添加剂制成的中 空圆柱体（中空部分为燃烧面，其横截面形状有圆形、星形等）药柱置于燃 烧室（一般即为发动机壳体）中在推进剂燃烧时，燃烧室须承受 2500—3500 度的高温和 102—2×107 帕的高压力，所以须用高强度合金钢、钛合金或复合 材料制造，并在药柱与燃烧内壁间装备隔热衬固体火箭发动机与液体火箭发 动机相比较，具有结构简单，推进剂密度大，推进剂可以储存在燃烧到中常备 待用和操纵方便可靠等优点缺点是“比冲”小固体火箭发动机比冲在 250—300 秒，工作时间短，加速度大导致推力不易控制，重复起动困难，从而 不利于载人飞行固体火箭发动机主要用作火箭弹、导弹和探空火箭的发动机， 以及航天器发射和飞机起飞的助推发动机 固态火箭发动机的燃料是直接安装在火箭的后部，使用的时候利用点火器 引发燃料燃烧，产生推力推送火箭因为固态火箭燃料不需要额外的燃料槽， 也不需要输送或加压的管线，在构造上固体火箭发动机比液态火箭发动机要简 单许多，重量也比较轻然而也因为固态火箭发动机的燃料的量与型态是固定 的，要随意借由调整燃料与氧化剂的量来控制推力非常困难，燃料一但开始作 用，若是中断燃烧的过程，很难重新点燃，因此固态火箭发动机多半使用在推 力需求较为固定，一经启动就不需要停止的设计上面。
在设计上需要依靠精确 的形状和燃料颗粒来控制燃烧的速度和产生的推力近年来固体因为火箭具有 低成本和高发射机动性等优点，受到军事用户和低轨小卫星发射商的重视，研 究渐热，也有大量控制推力的办法发明并得到应用固态火箭发动机的另外一个好处就是不需要经常维护，燃料虽然也有使用 年限，通常需要更换的时间比液态火箭发动机的燃料要长因此在需要使用的 场合，固态火箭发动机的反应和准备时间较短此外，固态火箭发动机没有管 线或者是加压设备，对于外界的震荡或者是碰撞的忍耐程度比液态火箭发动机 要高前苏联在发展机动弹道导弹系统的时候就发现，以铁路运输的方式，车 体的震荡对于液态火箭发动机的设备损伤很大，固态火箭就没有这个问题液体火箭发动机是指液体推进剂的化学火箭发动机常用的液体氧化剂有 液态氧、四氧化二氮等，燃烧剂由液氢、偏二甲肼、煤油等氧化剂和燃烧剂 必须储存在不同的储箱中液体火箭发动机一般由推力室、推进剂供应系统、 发动机控制系统组成推力室是将液体推进剂的化学能转变成推进力的重要组 件它由推进剂喷嘴、燃烧室、喷管组件等组成推进剂通过喷注器注入燃烧 室，经雾化，蒸发，混合和燃烧等过成生成燃烧产物，以高速（2500—5000 米 /秒）从喷管中冲出而产生推力。
燃烧室内压力可达 200 大气压（约 200MPa）、 温度 3000—4000℃，故需要冷却推进剂供应系统的功用是按要求的流量和压 力向燃烧室输送推进剂按输送方式不同，有挤压式（气压式）和泵压式两类 供应系统挤压式供应系统是利用高压气体经减压器减压后（氧化剂、燃烧剂的流量是靠减压器调定的压力控制）进入氧化剂、燃烧剂贮箱，将其分别挤压 到燃烧室中挤压式供应系统只用于小推力发动机大推力发动机则用泵压式 供应系统，这种系统是用液压泵输送推进剂液体火箭发动机的优点是比冲高 （250—500 秒），推力范围大（单台推力在 1 克力—800 吨力）、能反复起动、 能控制推力大小、工作时间较长等液体火箭发动机主要用作航天器发射、姿 态修正与控制、轨道转移等 电火箭发动机是利用电能加速工质，形成高速射流而产生推力的火箭发动 机与化学火箭发动机不同，这种发动机的能源和工质是分开的电能由飞行 器提供，一般由太阳能、核能、化学能经转换装置得到工质有氢、氮、氩、 汞、氨等气体电火箭发动机由电源、电源交换器、电源调节器、工质供应系 统和电推力器组成电源和电源交换器供给电能；电源调节器的功用是按预定 程序起动发动机，并不断调整电推力器的各种参数，使发动机始终处于规定的 工作状态；工质供应系统则是贮存工质和输送工质；电推力器的作用是将电能 转换成工质的动能，使其产生高速喷气流而产生推力。
按加速工质的方式不同， 电火箭发动机有电热火箭发动机、静电火箭发动机和电磁火箭发动机的三种类 型电热火箭发动机利用电能加热（电阻加热或电弧加热）工质（氢、胺、肼 等），使其气化，经喷管膨胀加速后，由喷口排出而产生推力静电火箭发动 机的工质（汞、铯、氢等）从贮箱输入电离室被电离成离子，然后在电极的静 电场作用下加速成高速离子流而产生推力电磁火箭发动机是利用电磁场加速 被电离工质而产生射流，形成推力电火箭发动机具有极高的比冲（700—2500 秒）、极长的寿命（可重复起动上万次、累计工作可达上万小时）但产生的 推力小于 100N这种发动机仅适用于航天器的姿态控制、位置保持等 核火箭发动机用核燃料作能源，用液氢、液氦、液氨等作为工质核火箭 发动机由装在推力室中的核反应堆、冷却喷管、工质输送系统和控制系统等组 成在核反应堆中，核能转变成热能以加热工质，被加热的工质经喷管膨胀加 速后，以 6500—11000 米/秒的速度从喷口排出而产生推力核火箭发动机的比 冲高（250—1000 秒）寿命长，但技术复杂，只适用于长期工作的航天器这 种发动机由于核辐射防护、排气污染、反应堆控制，以及高效热能交换器的设 计等问题未能解决，至今仍处于试验之中。
此外，太阳加热式和光子火箭发动 机尚处于理论探索阶段 很多的卫星、探测器和宇宙飞船的寿命很大程度上决定于动力源，目前科 学家们设计出了太阳能离子发动机（电火箭发动机）和太阳帆船2008 年 8 月， 美国宇航局马歇尔太空飞行中心用“猎鹰 1 号”火箭将 NanoSail-D 太阳帆送入 太空，结果发射失败如果发射成功预计太阳帆船的理论速度可达光速 2%太 阳帆船就是利用太阳风把探测器向太阳外部吹去太阳帆船太阳能离子发动机可将太阳能转化为电能，再通过电能电离惰性气体原子， 喷射出高速氙离子流，为探测器提供主要动力不过离子发动机的动力不够强 劲，只安装在一些卫星上作为辅助和备用，主要供卫星调整飞行姿态和轨道 “SMART-1 号”上的太阳能离子发动机动力足够支持探测器长时间飞行，该发 动机能连续正常运转 2000 个小时离子发动机飞行器2009 年，位于美国得克萨斯州韦伯斯特市的艾德·阿斯特拉火箭公司（Ad Astra Rocket Company）开发出一款截至 2009 年为止最为强劲的离子发动机 该公司对满负荷运转的 VASIMR 发动机进行了测试——在休斯敦的一个真空室内 运行了 201 千瓦的 VX-200 发动机，首次通过了 200 千瓦大关。
自 2005 年创建 以来，位于美国得克萨斯州韦伯斯特市的艾德·阿斯特拉火箭公司一直在完善 一种名为“可变比冲磁致离子浆火箭。