火箭发动机

火箭发动机（rocket engine），由飞行器自带推进剂（能源），不利用外界空气的喷气发动机。可以在地球稠密大气层以外空间工作，能源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推力。

简史

早期的固体火箭发动机用黑火药作推进剂，并一直沿用到20世纪初。

1903年，俄国K.E.齐奥尔科夫斯基首先提出使用能量更高的液体推进剂的建议。其后，美国R.H.戈达德和德国H.奥伯特也相继提出用液体推进剂火箭发动机作为航天推进动力的设想。1926年，戈达德研制成以液氧–汽油作推进剂的液体火箭发动机，并进行了首次飞行试验。第二次世界大战期间，德国研制的A–4液体火箭发动机，所用推进剂是液氧–酒精，采用涡轮泵供应系统，使结构质量显著减轻，用于V–2火箭武器，开创了近代火箭发展的历史。战后，美国和苏联研制了第一代以液氧为氧化剂的弹道导弹。1955年聚硫橡胶和过氯酸铵高能复合推进剂研制成功，从而有可能制造大型的固体火箭发动机，并加速了固体导弹的发展，如潜射导弹、陆地机动发射导弹和固体洲际导弹等。

液体火箭技术日臻完善，使航天从理想变为现实。苏联于1957年10月用液体火箭成功发射了世界上第一颗人造地球卫星，1961年4月成功发射了载人飞船。此后，美国专门为航天研制了一系列的液体火箭发动机，用这些发动机作动力的“土星”5号运载火箭（见“土星”号运载火箭）在1969年7月用于首次载人登月飞行。在此期间，苏联也研制了液体火箭发动机，分别用于“宇宙”号运载火箭的第二级和“质子”号运载火箭的第一级。

1981年美国“哥伦比亚”号航天飞机首次飞行成功，标志着火箭发动机技术有了新的发展，由一次使用发展到可重复使用。航天飞机主发动机采用高压补燃循环，真空推力为2 090千牛（213吨力），工作寿命7.5小时，使用次数50次以上，喷气速度4 500米/秒，推力可根据需要在额定推力的50％～109％范围内调节，发动机工作参数和程序的控制以及对各组件工作状况的检测由计算机完成。

中国现代火箭推进技术从20世纪50年代后期开始发展，1960年2月中国第一枚液体推进剂探空火箭T–7M发射成功。其发动机采用糠醇（燃烧剂）和硝酸（汽化剂）为推进剂。1970年4月发射第一颗人造地球卫星，其运载火箭“长征”1号的第一级和第二级采用偏二甲肼和硝酸为推进剂的液体发动机，第三级采用聚硫橡胶固体推进剂发动机。经过多年研制和使用发展，中国已经拥有了不同用途、使用不同燃料的多种火箭发动机，可供不同运载火箭使用。法国、日本、印度和以色列等国从事火箭发动机和运载火箭的研制工作，用自行研制的火箭发射了多颗卫星。

分类

依形成气流动能的能源种类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

主要由燃烧室和喷管组成。推进剂既是能源也是工质，在燃烧室内进行放热反应，将化学能转化为热能，生成高温、高压燃气，经喷管膨胀加速，将热能转化为气流动能，以高速（1 500～5 000米/秒）从喷管排出，产生推力。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下呈液态的可储存推进剂和低温下呈液态的低温推进剂，具有性能高、适应性强、能多次启动等特点，能满足航天器对推进系统的各种要求。

液体火箭发动机

固体火箭发动机的推进剂采用分子中含有燃烧剂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机械混合物（复合推进剂），直接装在燃烧室内，喷气速度可达3 000米/秒，结构简单，使用方便，能长期储存处于待发射状态，适用于各种运载火箭和导弹。

混合推进剂火箭发动机通常将固体燃烧剂装在燃烧室内，液体氧化剂由储箱供应，发动机喷气速度约为2 600米/秒，兼有液体和固体火箭发动机的特点，曾用于靶机的推进系统。

核火箭发动机

用核能作能源，用氢作工质，由核反应或放射性衰变释放的热能加热工质，已被加热的工质经喷管膨胀加速后以高速（6 500～11 000米/秒）排出，产生推力。核火箭发动机因核的其他问题十分复杂，用者很少。

电火箭发动机

利用电能将工质加速，形成高速射流从机内排出，产生推力。电能由飞行器提供的化学能、核能或太阳能转化生成，排气速度可达1.8×104～105米/秒，比冲很高，但产生的推力很小(小于100牛或10千克力)。电火箭适宜于在空间长时间工作，多用于静止轨道卫星的位置保持和深空探测。

应用

主要用于运载火箭、航天器和导弹的推进系统。

运载火箭

多级运载火箭都采用化学火箭发动机，用于助推、主发动机、游动发动机等。

航天器

火箭发动机可用作航天器的主推进系统和辅助系统，如轨道的改变和修正、姿态控制、推进剂沉底和远地点发动机等。化学火箭发动机是航天器推进系统的主要形式。电火箭发动机已在卫星的姿态控制和位置保持等方面获初步应用。

导弹

固体火箭发动机和可储存液体火箭发动机广泛用于各种战略和战术导弹，还可用于多弹头分导、机动弹头以及末制导的辅助推进系统。

火箭发动机还用于火箭飞机和高速飞机的起飞助推、靶机、鱼雷和探空火箭等。

发展趋势

化学火箭发动机技术比较成熟，仍是航天器和导弹的主要推进系统。火箭发动机将向高性能、长寿命、高适应性、能重复使用和便于维护等方面发展。表现在：采用高能推进剂，改善燃烧性能；采用新材料、新工艺和新的结构设计，以减轻发动机质量和提高飞行器的性能；用计算机对发动机进行自动检测和控制；增大高空喷管的面积比，在几何尺寸受到限制的条件下采用可延伸喷管；研制新型的双燃料发动机等。

新的推进技术将逐渐完善和投入使用，预期高喷气速度和长寿命的太阳–电推进系统可应用于高轨道卫星和行星探测器，核推进技术有可能用于未来的空间推进系统。