火箭的推力是如何产生的

推动飞行器运动的力。它是作用在发动机内、外表面或推进器（如螺旋桨）上各种力的合力。在带有螺旋桨的推进系统中，螺旋桨推动空气沿飞行相反方向流动，其动量增加，对螺旋桨产生反作用力即推力。螺旋桨往往装在发动机前方，所以它产生推动飞行器运动的力也称拉力。喷气发动机的推力是由向飞行反方向直接喷射高速气流而产生的。发动机的最高燃气温度直接影响排气速度，在一般的工作状态下，燃气温度越高，发动机的推力就越大；通过发动机的工质的质量流量越大，发动机推力也越大。在海平面标准大气条件下，飞行器处于静止状态时发动机产生的推力称为海平面静推力。火箭发动机在接近真空环境下产生的推力称为真空推力。对于空气喷气发动机，单位质量流量空气所产生的推力称为单位推力。推力与发动机最大截面积之比称为单位面积推力。现代空气喷气发动机的海平面静推力从几千牛到200千牛（1公斤力=98牛）；单台火箭发动机的推力从002牛到几兆牛。 由火箭或喷气引擎加于宇宙飞船上的反作用力，其大小决定于燃料燃烧情况以及燃气喷出之速度。在地球上发射宇宙飞船时，火箭的推力必须比飞船及火箭本身的重量大，才能使其升空，所以如果送质量较大的宇宙飞船由地球进入轨道时则需用较大推力的火箭。 又如举重运动员将杠铃向上推举所用之力称为“推力”。推力的方向并不一定在竖直方向

火箭获得反作用力并不需要空气，反作用力也不是喷出去的那部分气体遇到空气，再返回来作用在火箭上的。

可以这样理解：

燃料在火箭发动机燃烧室中燃烧产生大量气体，气体同时向上、下、前、后、左、右、6个方向膨胀。而火箭发动机只有下方有开口，所以除了向下以外，其它5个方向都受力的作用。前后左右4个方向互相抵消，因此火箭受到的合力是向上的。

气体在喷出发动机以后就没用了，无论是喷向空气还是喷入真空都无所谓。

而实际上，由于空气会阻碍燃气的膨胀与加速，所以火箭发动机在空气越稀薄的地方效率越高，真空中效率最高。

另一方面，飞机用的喷气发动机获得反作用的原理也与此类似，向前的力也是在气体喷出发动机以前就作用在发动机上的。喷气发动机无法在真空中工作只是由于它需要空气中的氧使燃料燃烧，而火箭发动机是自带氧化剂的。

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关于制动，是使航天器转动180度，使喷管朝前，向前喷气以产生制动力。但是使航天器从运动状态停下来需要的燃料，和把它加速发射上去需要的燃料是一样多的，所以我们必须借助大气层的摩擦作用使航天器减速。向前喷气的作用只是使航天器降低轨道进入大气层。

它是一种动力装置，内含燃料，推动火箭、飞船升天。根据助推器所使用的燃料的不同，可以将助推器分为液体火箭助推器和固体火箭助推器。

　　液体火箭助推器

　　液体火箭助推器（简称“液体助推器”）是一种捆绑在火箭芯级第一级，增加火箭运载能力的液体燃料小型火箭。与固体火箭助推器不同的是，液体助推器可以在必要时切断推进剂供应来紧急刹车。这对载人航天器发射很重要。联盟号运载火箭的前身R7导弹，就采用了液体助推器，使得火箭可以在发射台上点火检查发动机工作情况。80年代，苏联的能源号使用了四枚天顶号做助推器，将暴风雪号航天飞机和极地-1号送入太空。日本的H-IIA中有两个版本的火箭也使用了液体助推器来增加载荷。阿丽亚娜四号中部分型号（42L, 44L和44LP）采用了两或四个液体助推器。无助推器的标准型阿丽亚娜四号可以将2175kg货物送入转移轨道。而44L型可以将4790kg货物送入同一轨道。航天飞机研发期间就曾考虑过使用液体助推器，尤其是挑战者号事故后，又有提议用液体助推器换下航天飞机上的固体助推器，四家公司还为NASA设计了助推器。尽管液体助推器的安全性和高性能很有优势，然而研发成本迫使NASA坚持使用固体助推器。

　　固体火箭助推器

　　 固体火箭助推器（Solid rocket boosters，SRB，简称“固体助推器”）是一种捆绑在航天运载器上提供附加推力（有时是主要推力）的火箭。阿丽亚娜五号、宇宙神五号以及的美国的航天飞机都使用固体助推器。其中航天飞机使用的固体助推器是这类助推器中推力最大的。

　　相比液体助推器，固体助推器的优势就是推力更大，且不需要制冷隔热设备。将固体助推器用于液体火箭芯级能减少液体燃料的使用，减轻火箭整体重量。固体助推器设计成本更低，生产和测试也更容易，但造价却比相同推力的液体助推器高。固体助推器点燃之后就很难在燃料耗尽前停车，这对于载人航天器发射来说是个风险因素。固体助推器的事故率大约是1%，且事故往往是灾难性的。固体助推器还有一种潜在风险，就是在推进剂的制作过程中，混合起来的推进剂遇火就会发生爆炸。2003年8月22日，发生在巴西阿尔坎塔拉航天中心发射台的火箭爆炸事故就造成了21名技术人员丧生。无人和载人航天飞机衍生运载器都计划使用航天飞机固体助推器的改进型，其中载人运载器将使用一枚增大型固体助推器作为其第一级。

　　可回收助推器　

　　可回收助推器又称可回收助推发动机。发动机工作结束后，部分主要部件可以回收，经修理后可重复使用的助推器。美国踢奥科尔公司研制的美国航天飞机固体助推器是用于载人航天的特大型分段式可回收固体助推器。它是世界上第一个可回收并可多次重复使用的特大型固体助推器，一般金属件按照设计可重复使用20次，柔性喷管的柔性接头可重复使用10次。目前金属壳体和喷管部件等已实现了可多次回收并重复使用。

利用动量守恒定律。

火箭在飞行时，燃料和氧化剂在燃烧室中燃烧，背着飞行方向不断地喷出大量速度很大的气体，使火箭在飞行方向上获取很大的动量，从而获得巨大的前进速度。如果飞行的宇宙飞船减速或着陆时，则向其前方喷气使其减速。它不依靠空气的作用，所以可以在空气稀薄的高空或宇宙空间飞行。

在现实生活中，我们经常会看到这样的现象，一个充足气的气球拿在手上，突然放手时气体会从气球中喷出来，这时气球就向着相反的方向飞出去，这种运动遵循动量守恒定律，在物理上我们称作为反冲。随着科技的不断发展，科学家们已经发明制造了各种型号的火箭，这些火箭内部构造互不相同而且都相当复杂。

（1）火箭（rocket）靠火箭发动机喷射工质（工作介质）产生的反作用力向前推进的飞行器。它自身携带全部推进剂，不依赖外界工质产生推力，可以在稠密大气层内，也可以在稠密大气层外飞行。火箭是实现航天飞行的运载工具。

（2）火箭原理

发动机

当大多数人想到马达或发动机时，会认为它们与旋转有关。例如，汽车里的往复式汽油发动机会产生转动能量以驱动车轮。电动马达产生的转动能量则用来驱动风扇或转动磁盘。蒸汽发动机也用来完成同样的工作，蒸汽轮机和大多数燃气轮机也是如此。

火箭发动机则与之有着根本的区别。它是一种反作用力式发动机。火箭发动机是以一条著名的牛顿定律作为基本驱动原理的，该定律认为“每个作用力都有一个大小相等、方向相反的反作用力”。火箭发动机向一个方向抛射物质，结果会获得另一个方向的反作用力。

开始时您可能很难理解“抛射物质，获得反作用力”这个概念，因为这好像和真实情况不大一样。火箭发动机似乎只会发出火焰和噪音，制造压力，而与“抛射物质”没什么关系。我们来看几个例子，以便更好地了解真实情况：

如果您曾经使用过猎枪，特别是那种12铅径的大猎枪，那么您就知道它会产生巨大的“撞击力”。也就是说，当您开枪时，猎枪会狠狠地向后“撞击”您的肩膀。这种撞击力就是反作用力。猎枪将311克的金属以大约1120公里/小时的速度沿某个方向发射出去，同时您的肩膀会受到反作用力的撞击。如果您开枪时穿着轮滑鞋或站在滑雪板上，枪会起到类似于火箭发动机的作用，反作用力会使您向相反的方向滑动。

如果您见过粗大的消防水管喷水的场景，可能会注意到消防员要花很大的力气才能抓住它（有时您会看到有两名或三名消防员手持同一根消防水管）。水管发生的情况与火箭发动机类似。水管向一个方向喷水，消防员们则运用自身的力量和重量来克服反作用力。如果他们放开水管，那么水管会劲头十足地四处乱撞。如果消防员全都站在滑雪板上，水管将推动他们以极快的速度向后移动。

如果您吹起一个气球，然后放开它，那么它会满屋子乱飞，直到里面的空气漏光为止，这就是您制造的火箭发动机。在这种情况下，被抛射出去的是气球中的空气分子。与许多人的想法不同，空气分子其实是有质量的（请查看有关氦的页面，以便更好地了解空气质量的问题）。如果您让空气从气球的喷口中喷出来，气球的其余部分则会向相反的方向运动。

燃料

燃料是氮的氧化物有：CO,H2,C2H2,CH4,C2H4,CH3CH2OH,N2H4，高级硼硅烷（这都是火箭推进器的燃料）和2踢脚差不多的 点火和原理都一样。只是上面的那层不是火药，是火箭头（里面是卫星之类的东西）。航空煤油是无色透明的，闻上去和普通的煤油没什么区别，而且不易挥发。燃点大约在300C左右，别说用打火石了，就算用明火也是点不燃的。早在运载火箭发明前，人们使用油和汽作燃料，汽车、轮船和飞机就是靠这些燃料来行驶的。后来，科学家发明了靠化学能来产生动力的运载火箭。运载火箭是用煤油、酒精、偏二甲肼、液态氢等作为燃烧剂，而用硝酸、液态氮等提供的氧化剂帮助燃烧的，人们习惯上把燃烧剂和氧化剂通称为火箭发动机的燃料或推进剂。

推进剂

从物理形态上讲，火箭发动机使用的推进剂有两种形式，一种是液态物质，另一种是固态物质。燃烧剂和氧化剂都是呈液体形态的发动机则称为液体燃料发动机，或称为液体火箭发动机，两者都是呈固体状态，则称为固体燃料火箭发动机或固体火箭发动机。固态氢、固态氧，作为火箭动力。如果在两种燃料中，一种为固体，一种为液体，则称为固－液火箭发动机或直接称其物质名称的火箭发动机。如，氢氧火箭发动机。由于固态燃烧剂产生的能量比液体氧化剂发出的能量高，所以，研制的火箭发动机多是固－液火箭发动机，两种燃料相遇燃烧，形成高温高压气体，气体从喷口喷出，产生巨大推力而把运载火箭送上了太空。常用推进剂有：1、液氢(燃料)液氧(氧化剂)，燃烧效率很高，多用于航天飞机及运载火箭末级，价格昂贵、不易储存。

2、肼-50(燃料)四氧化二氮(氧化剂)，燃烧效率一般，多用于中型火箭，价格适中、较易储存。

3、RP-1高精炼煤油(燃料)液氧(氧化剂)，燃烧效率一般，多用于火箭第一级，价格适中、不易储存。

4、肼(燃料)、四氧化二氮(氧化剂)，燃烧效率一般，多用于卫星，容易自燃、价格相对便宜、腐蚀性极强。

事实上，火箭工作的基本原理就是牛顿的第三运动定律。这就是：对于每一个作用力，都有一个大小相等、方向相反的反作用力。

牛顿第三定律解释了为什么步枪在射击的时候会有后坐力。你可以亲自动手，试验这条定律。

请你拿一个气球，把它吹起来。你一放手，气球就会飞跑。气球里面的空气通过小口向后冲，空气的这种作用力产生了大小相等、方向相反的反作用力，使气球向前飞。

而火箭会飞，也是因为相同的原理。燃料燃烧时所生成的炽热气体，通过火箭尾部的尾喷口向后喷。这时，向后喷的燃气产生了一个大小相等、方向相反的反作用力，它推动着火箭向前飞。

我们大家都看到过飞机在空中飞翔。飞机的飞行需要空气，而对流层和同温层里都有空气。螺旋桨或喷气发动机把空气向后推，产生反作用力推动飞机向前运动。与此同时，当空气流过机翼的时候，机翼下部的压力比上部大，这样就给了飞机一个向上的升力。所以，没有空气，飞机就不能飞。

然而，火箭却不同，因为它在大气层外比在大气层里飞得更好。这是由于大气层里有空气，它对向前运动的火箭产生阻力。你可以试验一下空气的阻力。

在一个刮风天，找一张一米见方的硬纸板，假如你把这张硬纸板直立着举在头顶上，顶着风跑，你就会感觉到，硬纸板上受到压力，把你的手臂向后拽。可是如果你把硬纸板放平，使它只有一个很薄的边缘顶着风，那你就会发现，空气的阻力就小多了。

而火箭在外层空间遇到的是另一个问题。火箭依靠尾喷管向后喷出的气体作为动力，但这种炽热气体只有在燃烧时才能产生。为了使火箭发动机中的燃料燃烧，必须有氧气供应。可是在外层空间中，却没有足够的氧气，所以，火箭必须自己携带供燃烧用的氧气。

知识点

火药的发明

火药是我国古代的四大发明之一，是古人在炼丹过程中偶然发明的。火药的产生，毫不夸张地说改变了我国和世界的历史，现代航空界的各种成就都可以追溯到火药的产生。我们的祖先利用火药制造了许多火器。开始是作为娱乐庆典工具的烟花炮仗，如大家在过年时都玩过“二踢脚”、“钻天猴”等烟花炮仗，把“二踢脚”点着时，它立刻飞向天空中。这就是火药的巧妙运用，这说明我们的祖先已经懂得了反作用原理：当火药点着后，从尾部喷射的火焰能产生一个向相反方向的作用力，使炮仗反方向飞行，当然如果炮仗躺放在地上的话，就会向前方飞行，即火药产生的作用力的方向与火药的喷射方向相反。这与现代火箭飞行的原理相同。

　　反作用力！也就是与升天相反的一种推力使它上升。我们可以举个生活中常见的例子：放开一只充满气的气球，在气压的作用下气球会嗖地一下飞出去，在空中乱飞。类似的，火箭也是这种原理，但是实际上火箭升空的原理是相当复杂的，本文将做简单介绍。

　　火箭的概述

　　火箭又称喷进器，是一种利用排出物质以制造反作用力而前进的载具。火箭推进是一种精密的结构，它的原理主要是力学、热力学，以及其它有关科学之运用，诸如电学等。火箭跟一般的飞机主要的不同点在于：飞机只能在大气层内飞翔，但是火箭可以在外层空间工作，因为它不需要利用外界空气便能够燃烧推进。

　　事实上，火箭在太空中的工作效率比在大气中更高。因为在地球上的逃逸速度可以通过多级火箭来实现，因此可以使火箭达到无限的最大高度。与喷气式喷气发动机相比，火箭重量轻，功率大，能够产生更大的加速度。为了控制其飞行，火箭需要依靠动量、翼型、反推力系统、万向推力、反作用轮、推力矢量、推进剂流动（燃烧消耗量）、自旋稳定或重力等共同作用。

　　最早的火箭的记载出于中国宋代，因此中国被公认是火箭之祖，但其不一定具军事的价值，通常只限于娱乐用途，例如放烟花。直到明代有了军用的火箭问世，作为武器的火箭相对大炮主要优点是发射设备轻巧，但因为精度较同期的大炮低，而没有被广泛应用。18世纪，印度在对抗英国和法国军队的多次战争中，曾大量使用火箭，获取良好的战果，也因此带动欧洲火箭技术的发展。之后又发展出精密的导引与控制系统，而成为射程远、命中率高的武器系统－飞弹。在现代多次实战中，火箭展现出野战机动性、射程远、射速快、火力强、高震撼力与高命中率等特性，奠定其在军事武器发展史上的地位。现在火箭被用于烟火、武器、弹射座椅、人造卫星的运载火箭、人类太空飞行和太空探索等领域。

　　固态火箭与液态火箭便是现今比较常用的火箭。此外，还有混合火箭---就是用固体的燃料而用液体的氧化剂。另外，值得一提的是，现今运载火箭大多包含了液态火箭跟固态火箭，也就是说，一个火箭可能第一节是固态的而第二节却是液态的。至今只有化学火箭和离子火箭被实用化。

　　德尔塔-4运载火箭，来自：US Air Force

　　火箭的原理

　　火箭推进是一种精密的结构，它的原理主要是力学、热力学，以及其它有关科学的运用，诸如电学等。火箭跟一般的飞机主要的不同点在于：飞机只能在大气层内飞翔，但是火箭可以在外层空间工作，因为它不需要利用外界空气便能够燃烧推进。火箭推力的获得，是由高速喷出物反作用而生成。其原理与用水管喷水时水管会向后退，以及枪向后座的原理一样。火箭的燃料经过燃烧室燃烧以后，会产生高温高压的气体，之后再经过一个喷嘴而加速，并排气到外界。这些气体便是推动火箭的原动力。

　　固体火箭发动机的燃料和氧化剂是以固体状态直接保存在火箭发动机里面。固态火箭使用的历史也相当的早，中国在宋朝使用的武器当中就有现代固态火箭的雏型。目前在中小型的火箭发动机上面，固态火箭占据很大的比例。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，在构造上固态火箭发动机比液态火箭发动机要简单许多，重量也比较轻。

　　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。近年来因为固态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。苏联在发展机动弹道飞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。 目前的固态火箭的缺点是，工作时间短，如何将几十吨，或几百吨的货物送入空间，并超过第一宇宙速度，这是各军事大国追求的目标。当货物远离地球200公里以上，速度达到7000米/秒以上时，而推动它的火箭的工作时间要大于150秒。

　　液体推进剂火箭发动机（LPRE），简称液体火箭发动机或液态火箭发动机，是一种采用液态的燃料和氧化剂作为能源和工质的火箭发动机。液体火箭发动机的基本组成包括推力室、推进剂供应系统和发动机控制系统等。液体推进剂贮存在推进剂贮箱内，当发动机工作时推进剂在推进剂供应系统的作用下按照要求的压力和流量输送至燃烧室，经雾化、蒸发、混合和燃烧生成高温高压燃气，再通过喷管加速至超声速排出，从而产生推力。

　　液体火箭发动机使用的推进剂可以是一种液态化学物，即单组元推进剂，也可以是几种液态化学物的组合，即双组元推进剂及三组元推进剂，它们均具有较高的能量特性。常用的单组元推进剂是肼，主要用于小推力发动机。双组元推进剂主要有液氧/液氢、液氧/烃类（煤油、汽油和酒精等）、硝酸/烃类、四氧化二氮/偏二甲肼等组合。

　　历史上第一枚液体火箭是由美国火箭学家罗伯特·戈达德于1926年发射的。德国火箭专家冯·布劳恩的研究团队在第二次世界大战期间研制的V-2火箭极大地促进了大型液体火箭发动机的发展。二战后，美国和苏联/俄罗斯等许多国家研制了大量的液体火箭发动机。液体火箭发动机作为最为成熟的火箭推进系统之一，具有较高的性能和许多独特的优点，目前被广泛应用于运载火箭、航天器以及导弹。液体火箭发动机还曾在二战时期被短暂作为飞机的推进动力。

　　现在大多数火箭都用固体推进剂或液体推进剂。推进剂这个词并不是简单的燃料，正如你所想的那样，它意味着还需要氧化剂来辅助燃烧。燃料是化学火箭燃烧的必须物质，但为了燃烧会发生，必须还要有氧化剂（氧气）才行。喷气式的发动机是从周围的空气中吸入氧气而进入发动机燃烧的。但是火箭没有喷气式飞机那样拥有大量的氧化剂，所以火箭必须携带氧气（氧化剂）进入太空，因为太空没有空气（氧化剂）。

　　固液混合火箭是由两种火箭组合而成的。在混合火箭中，气态或液体氧化剂被存储在与固体燃料颗粒分开的罐中。固体火箭相对于混合火箭的主要优点是它们的结构更简单。在混合系统中，更高的复杂性是为了更好的性能而不得不付出的代价。然而，我们注意到，这些火箭的性能与液体系统的性能相当。此外，请注意，混合动力火箭系统只需要支持一个流体系统，包括燃料罐、阀门、调节器等。换句话说，虽然混合动力火箭比固体系统更复杂，但它们的性能与液体系统相比，只需要一半的管道。这大大地降低了整个系统的重量和成本，同时也增加了其可靠性（可能会出现故障的部件将更少）。混合火箭系统在生产和储存方面也更安全，选择适当的推进剂时更环保，并且燃料颗粒是惰性的，比制造的固体推进剂颗粒（用于固体火箭）更强，因此更可靠。

　　火箭的发动机，来自：Les Chatfield (Elsie esq)

　　火箭升空的基本原理是利用动量守恒定律。

　　火箭在升空时，燃料和氧化剂在燃烧室中燃烧，背着飞行方向不断地喷出大量速度很大的气体，使火箭在飞行方向上获取很大的动量，从而获得巨大的前进速度。也即反冲原理