說起火箭，大家一定不會感到陌生。不論是衛(wèi)星發(fā)射，還是載人航天，抑或是威力巨大的巡航導(dǎo)彈，這些復(fù)雜的工程都離不開火箭技術(shù)的支持。然而，我們或許沒有注意過火箭的力量究竟有多強(qiáng)。

以常見的衛(wèi)星發(fā)射為例，一枚火箭要將衛(wèi)星送入環(huán)繞地球的軌道，至少需要將衛(wèi)星加速到第一宇宙速度——7.9km/s，這個速度是地表附近空氣中聲速的20倍以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了飛機(jī)目前能達(dá)到的最快速度。

執(zhí)行載人航天任務(wù)的火箭推力更是驚人。執(zhí)行我國首次載人航天任務(wù)的“長征2號F”運(yùn)載火箭起飛質(zhì)量可達(dá)493噸，能將8.8噸有效載荷運(yùn)送到近地軌道。

美國土星5號運(yùn)載火箭

同樣是靠燃料燃燒獲得推力，為什么火箭就能擁有如此驚人的力量呢？要回答這個問題，我們先要明確區(qū)分火箭和飛機(jī)。

其實，要區(qū)分火箭和飛機(jī)除了看外形，還要看其攜帶的推進(jìn)劑的成分。

火箭必須同時攜帶燃料+氧化劑，而飛機(jī)只需要攜帶燃料，作為氧化劑的氧氣可以直接從空氣中獲得。

由于自身攜帶了氧化劑，火箭的飛行并不依賴外界的氧氣，地球大氣反而是火箭飛行的阻礙，脫離大氣層之后火箭的飛行效率更高。

而飛機(jī)則被局限在了地表幾十千米的范圍內(nèi)，一旦飛行高度超過這一范圍，飛機(jī)發(fā)動機(jī)就會因為缺少足夠的氧化劑而無法工作。

歷史上，美國和蘇聯(lián)都曾使用航天飛機(jī)開展載人航天計劃。

航天飛機(jī)雖冠有“飛機(jī)”之名，但更嚴(yán)謹(jǐn)?shù)卣f，航天飛機(jī)其實是一種外形酷似飛機(jī)的軌道器。在它的主燃料艙中既存儲了燃料，又存儲了氧化劑，航天飛機(jī)在離開大氣層后，依然可以推進(jìn)。

現(xiàn)代巡航導(dǎo)彈為了提高射程，不再像普通導(dǎo)彈一樣同時攜帶燃料和氧化劑，而是僅僅攜帶燃料。今天的多數(shù)導(dǎo)彈都可以看作是火箭，但如果單從推進(jìn)劑的角度看，巡航導(dǎo)彈更近似于飛機(jī)。

蘇聯(lián)“暴風(fēng)雪號”航天飛機(jī)

了解了火箭和飛機(jī)的區(qū)別，接下來我們再看一下不同種類的火箭之間都有什么差別。

火箭發(fā)動機(jī)按照其使用推進(jìn)劑的物質(zhì)狀態(tài)不同，可以分為液體火箭發(fā)動機(jī)、固體火箭發(fā)動機(jī)和混合推進(jìn)劑火箭發(fā)動機(jī)。

其中更常用的是前兩種——我們簡稱為液體火箭和固體火箭——它們從結(jié)構(gòu)、功能到應(yīng)用都有許多不同。

一種典型的液體火箭結(jié)構(gòu)

液體火箭發(fā)動機(jī)從發(fā)明至今100多年來幾乎沒有太大變化。其最有特征的結(jié)構(gòu)便是推進(jìn)劑倉和燃燒室之間的推進(jìn)劑注入泵。

液體火箭需要額外消耗一部分推進(jìn)劑先啟動推進(jìn)劑泵，等到泵把燃料和氧化劑一同抽進(jìn)燃燒室之后，燃料才能正常燃燒。

這個泵的功能十分重要，它一方面保證了燃料和氧化劑進(jìn)入燃燒室的流量足夠，同時又在調(diào)節(jié)兩者的比例。

推進(jìn)劑注入泵的抽取量非常巨大，以美國土星5號運(yùn)載火箭為例，其第一級火箭內(nèi)裝有煤油和液氧共2000噸，而一級火箭總工作時間僅有150秒。

也就是說在150秒內(nèi)這些燃料會都被推進(jìn)劑泵從燃料箱里泵到火箭發(fā)動機(jī)噴管中，平均一秒流量13.3噸?？梢哉f，推進(jìn)劑泵才是液體火箭威力巨大的秘密。

推進(jìn)劑注入泵的復(fù)雜結(jié)構(gòu)

除了推力強(qiáng)，液體火箭還有很多其它優(yōu)勢。由于有泵的控制，液體火箭的燃料燃燒速度更均勻，更可控。

而且液體燃料容易控制總量，相比于一次加工成型的固體燃料火箭，液體火箭可以臨時調(diào)整軌道，甚至緊急熄火。

當(dāng)然，液體火箭也有很多缺點(diǎn)。除了結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，液體火箭最大的問題在于推進(jìn)劑的安全儲存和使用。

從理論上說，液氫+液氧的組合是最安全環(huán)保的，然而液氫和液氧的沸點(diǎn)很低，使用過程中需要額外的設(shè)備和工藝保證低溫，提高了制造成本。

如果選擇方便儲存的推進(jìn)劑，如偏二甲肼+四氧化二氮，又要面對其劇毒且易燃易爆的危險?？梢哉f，目前還沒有完美的推進(jìn)劑可以選擇。

與液體火箭相比，固體火箭的結(jié)構(gòu)就簡單得多。燃料和氧化劑已經(jīng)提前混合好，只需要點(diǎn)火裝置啟動便可以直接燃燒。

固體火箭的主要技術(shù)難點(diǎn)在于如何在飛行過程中保證火箭時刻穩(wěn)定。這就需要通過巧妙的設(shè)計，使固體推進(jìn)劑從中軸向外周逐層燃燒（而不是從一端向另一端燃燒）。

固體火箭的推力和工作時間都比液體火箭差不少，但因為結(jié)構(gòu)簡單，固體火箭的造價更低、體型更小，適合批量生產(chǎn)。

一旦建造完成，固體火箭的參數(shù)就已經(jīng)確定不能調(diào)整，但是由于方便儲存運(yùn)輸，其轉(zhuǎn)移和發(fā)射反而比液體火箭靈活得多。

現(xiàn)在，固體火箭主要用于各種導(dǎo)彈、火箭彈、小型火箭、起飛的助推器等。

以上就是關(guān)于火箭發(fā)動機(jī)技術(shù)的一些小知識。如今，火箭技術(shù)還在日新月異地發(fā)展，新型火箭正朝著低成本、無污染、大推力的方向不斷進(jìn)步。相信在未來，火箭還將繼續(xù)承載著我們探索深空的夢想。

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