同学，来根火箭多少钱？聊聊火箭中的化学

小编的话：

你知道火箭加一次“油”要多少钱吗？

火箭相关的化学反应的具体过程又是什么呢？

在最近热映的《星际穿越》中，主人公乘坐着化学火箭离开地球进入太空。化学火箭是利用反应产生的热气流高速向后喷出，通过形成的反作用力向前运动的喷气推进装置，它自身携带推进剂（一般为燃烧剂与氧化剂），不依赖空气中的氧助燃，可在大气中或外层空间飞行，热气流的温度达约3000℃～4000℃，压力可达约200MPa。

火箭燃料的发展分为几个时期。20世纪前，中国人发明的黑火药是世界上唯一的火箭推进剂，其反应为S+2KNO₃+3C=K₂S+N₂+CO₂。1940年美国研制出高氯酸钾（KClO₄）、沥青固体复合推进剂，1947年又研制出第二代聚硫橡胶[(CH₂CH₂S₄)n]、高氯酸铵、铝粉的第二代复合推进剂，其中高氯酸铵分解，2NH₄ClO₄=N₂+Cl₂+3O₂+4H₂O，产生的Cl₂、O₂将聚硫橡胶、铝粉氧化，铝粉用于提高能量，因为铝被氧化成氧化铝时放出热量特别多。1950年后，又发明用高分子聚氯乙烯、聚氨酯、聚丁二烯－丙烯酸、聚丁二烯-丙烯酸-丙烯腈、端羧基聚丁二烯等制成固体推进剂，至今仍被广泛应用。

与固体推进剂相比，液体推进剂的能量更高。1898年，俄国人К.Э.齐奥尔科夫斯基最先提出液体推进剂用于航空的理论。1926年，美国人R.H.戈达德发射了第一个液体推进剂火箭，使用的推进剂是液氧（O₂）和煤油（C12-C16的碳氢化合物）。1940年，德国研制了有名的V-2火箭，使用的推进剂是液氧和酒精（C₂H₅OH），C₂H₅OH+3O₂=2CO₂+3H₂O。1957年，前苏联发射第一个人造地球卫星，仍使用液氧和煤油作推进剂。1965年，美国实施的阿波罗土星计划，多次成功地将人送上太空，这些大推力火箭有些使用液氧、四氧化二氮（N₂O₄）、液氢（H₂）和混肼等。液体推进剂可以是一种成分的液体物质，也可以是一种互相溶解的多成分液体混合物，常用的液体有硝酸酯化合物（如硝化甘油）等。大多数液体推进剂包括液体氧化剂和液体可燃物，它们在燃烧前分开贮备。常用的氧化剂有硝酸（HNO₃）、双氧水（H₂O₂）、四氧化二氮、液氧；可燃物有肼[NH₂NH₂]、偏二甲肼[NH₂N(CH₃)₂]、一甲肼[NH₂NHCH₃]、混肼、煤油、液氢等。燃烧时将两种液体分别注入火箭发动机的燃烧室中。四氧化二氮-肼类最早用于战略导弹，后来也用于航天的运载火箭，其特点是价格低廉，可存储，并且四氧化二氮和肼接触后可以自燃，N₂O₄+2NH₂NH₂=3N₂+4H₂O，使火箭的近地运载能力得到提高，可靠性高，但它本身和燃烧产物的毒性都很大，对人体有比较大的损害，并较为严重地污染环境，各国新一代的运载火箭都不再使用。最新一代的火箭采用燃料是液态氢，氧化剂为液氧，特点是无毒且性能奇高，但这种发动机的技术门槛较高，美国及欧洲的技术比较成熟，我国的长征三号第三极发动机采用的就是液氢液氧发动机。

那么问题来了，火箭的燃料成本到底是多少呢？曾经有媒体报道：

天宫一号共将加注燃料450多吨，分别装在12个储藏箱里，而每公斤航天燃料的价值将近2万美元。《天津日报-2011-09-28》

照此计算天宫一号的燃料费用接近90亿美元，相当于500多亿人民币。实际上是这样吗？当然不是。记者可能把“有效载荷的单位发射价格”的概念错误理解成为了燃料的价格。加注的450吨只是燃料的质量，真正要送入轨道的是天宫一号飞船，质量为8.5吨。如果按此有效载荷推算的话，大概相当于1.7亿美元，即10亿人民币左右。而2009年的国际上卫星发射有效载荷平均价格大约就是1千克2万美元，和天宫一号8.5吨的身型对比，价格是一样的。

燃料的价格，往往只占很小的一部分，为了发射投入了人力、火箭、卫星设计、制造等大量的成本，都计算在这综合成本之内。以神州九号火箭为例，它的推进剂使用量如下：

四氧化二氮308吨，每吨17500元；

偏二甲肼145吨，每吨82000元。

合计燃料本身的费用，也就不到2000万人民币而已啦。

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