星際航行的動力—火箭發動機

人類若想衝出大氣層，圍繞地球旋轉而不下落，就需要7.91公里每秒的環繞速度。而大氣層內人類步行的速度為5公里每小時，騎自行車速度為25公里每小時，家用轎車高速路行駛速度為120公里每小時，民用客機的飛行速度為900公里每小時，F35戰鬥機的最大飛行速度可達2000公里每小時。

可是以上這些離達到第一宇宙速度，也就是圍繞地球旋轉而不下落的速度7.91公里每秒還差得很遠很遠。所以星際航行就需要一種強有力的發動機，即火箭發動機。

不同於大氣內的熱機只需攜帶燃料(fuel)，只靠空氣內的氧氣就能完成燃燒反應。火箭發動機不僅要求在上升段能在大氣內工作，還要求在真空環境的太空能工作。所以火箭發動機還需要自帶氧化劑(oxidant)。

火箭發動機還有一個不同於大氣內噴氣發動機的一點就是：大氣內噴氣發動機可以靠噴出加熱的空氣作為推進工質，而火箭在太空中只能靠燃料燃燒的廢氣作為推進工質。所以燃料攜帶的量就制約了飛船或探測器的航程。

火箭發動機有固體火箭發動機和液體火箭發動機兩種。下面就介紹下這兩種發動機的工作原理。

1、固體火箭發動機(Solid propellant rocket engine)

即依靠固體推進劑工作的發動，通常使用高氯酸胺等高氯酸鹽按作為氧化劑，使用鋁粉或者丁二醇作為還原劑，將還原劑和氧化劑混合澆注形成藥柱裝填進火箭殼體。

工作原理說直白點其實類似於小時候玩的衝天炮，但是缺點也和衝天炮類似，一經點燃推力就難以控制，而且無法重複啟動，但是優點是結構簡單，推力巨大，所以常常用於火箭的上升段，可以迅速將火箭帶離稠密的大氣層。

橙色燃料罐兩邊就是固體發動機，它會在推力衰減至40噸的時候被分離

2、液體火箭發動機(Liquid Rocket Motor)

液體火箭發動機和固體火箭發動機的最大區別就是使用的液態推進劑。推進劑有時候可使用一種，例如硝基甲烷，一經點燃可以自發完成燃燒反應。但通常使用雙元推進劑，即氧化劑和燃料分開儲放於火箭箭體中，常用就是偏二甲肼和四氧化二氮、液氧和煤油、液氫和液氧。

圖中火箭橙色濃煙就是偏二甲肼燃燒不完全產生的

液體火箭發動機由於增加了推進劑用量的調節系統、推進劑存儲系統、推進劑輸送系統，所以推力可調還可以反覆點火，所以更加適用於太空進行精確變軌機動。

不管是固體還是液體火箭發動機所使用的依然是常規化學動力，能量密度的不足制約了航天器向更遠的太空進發，所以要真正實現科幻片中的星際航行，目前的化學動力引擎還遠遠不能勝任。

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