白话文科普火箭，我国的火箭在世界上是什么水平？

火箭的原理其实是很简单的，跟中国古代过年放的炮仗原理一样的，300年前，牛顿老爷子总结成了牛顿第三定律，外加动量守恒，靠向后扔东西来获取反推力，火箭的各种技术，就是围绕怎样快速朝后喷东西来说的。

大推力航空发动机吸入空气和燃料混合，燃料喷得多了，氧气不够用，目前世界推力记录是通用公司地面测试的56.9吨，这对于火箭来说，根本不顶用。

火箭那么大的个头，绝大部分都是燃料罐,发动机占的体积并不大。液体火箭燃料主要包括还原剂和氧化剂两个部分。下图是液体火箭的一个简单结构，其中1和2就分别用来存放还原剂（燃料）和对应的氧化剂。

讲火箭发动机，离不开比冲这个专业词，好多地方以“秒”来说比冲，比如某款发动机的比冲是365秒，不是说这个发动机只能喷365秒，就不工作了，而是说这款火箭发动机利用一公斤燃料持续产生一公斤推力的时长为365秒。比冲的国际标准单位是米每秒，可以直接理解为发动机尾部喷气速度，这两个之间可以用秒的数值乘以10就可以了。比冲365秒的发动机就是喷气速度是3650米/秒。

火箭发动机的燃料组合中比冲最高的是液氢液氧，直接甩其它燃料一条街，液氢液氧的真空比冲高达455s，在标准大气压下比冲是390s。

当然缺点也很突出，对存储条件要求太高。液氢的沸点只有20K（-253.15 摄氏度），而液氧的沸点是90K（-183.15 摄氏度），凝固点是50K（-223.15 摄氏度）。如果液氢和液氧同一个温度存储，那么液氧会凝固的。得分开不同的温度存储，这就成本很高了，所以这种火箭太贵。

还有就是液氢密度太小了，只有70.85千克/立方米，水的密度可是1000千克/立方米，所以用液氢液氧的火箭都是大胖子。

胖5的名字就是这么来的。

发射高轨道载荷时，一般都用液氧液氢组合。胖归胖，劲还是最大的。

液氧煤油是液体火箭用得最多的推进剂，因为便宜，性价比高。液氧煤油发动机的理论真空比冲接近360s，海平面比冲更是只有300s，比液氢液氧低了不止一个档次。性能虽说差了点，但是够用就行，非常适合发射低轨道卫星，发射高轨道时，推力衰减很快。煤油在低温时密度超过1100千克/立方米，所以，液氧煤油火箭都比较苗条。

现在的三级火箭头两级用液氧煤油，第三级用液氢液氧的。

四氧化二氮+偏二甲肼，传说中的毒发，有剧毒（曾经一次爆炸报销了苏联一半的顶级火箭专家），理论真空比冲为343s，海平面比冲为292s，略低于煤油。这两哥们都是常温燃料，不用冷冻，不用点火，混合在一起就直接燃烧，结构最简单，最明显的特征是发射时的红色烟雾。现在基本不用了。

火箭的终极目标是送货，所以，能送多重的货是最直观的数据。行内通常用起飞重量、近地轨道运载能力（LEO运载能力）、同步轨道运载能力（GTO运载能力）来描述火箭的运载能力。

上图可以看出，老美仍然是老大，用最小的起飞质量，能运送最多的货物，苏联的家底仍在，欧洲各自为战，但老版工业强国的工业底子都还在，小本子的火箭只比三哥强了点，三哥是万国货，哪个阵营的东西都很放心卖给它，勉强还是能凑出个火箭。我们只能算中等。

里面最吃亏的是俄罗斯，近轨运载能力还可以，远轨就差了很多，因为它的地理位置太靠北了，同步卫星转到赤道上要浪费很多燃料，所以大家的火箭发射场都是拼了命了往赤道靠拢。

长征五号总推力超过了1000吨，看着很猛，其实也有苦衷，这推力是靠4个助推器上的8台120吨级YF-100煤油发动机和一级火箭的2台50吨级YF-77液氢发动机组成，整整10台发动机。

一级火箭上的两个液氢发动机

而老美的德尔塔IV型重型火箭，只需要3台RS-68液氢发动机，就比长征5号运载能力强不少。

德尔塔IV型重型火箭

发动机多了，可不是啥好事，只要有一台出错，整个火箭就都毁了，发射成功概率上过高中的应该都知道，这里不再多说了，而且太多的发动机，造成自重偏大，降低了运载效率，所以长五起飞重量大，但是运载能力没老美的厉害。

我国的火箭到底算什么水平？以前只能算中等，但是长五的出现，让我们迈入航天强国行列，最厉害的技术是“分级燃烧循环火箭发动机”，全球唯二，那一个是俄罗斯。

简单说一下这个技术，具体很复杂，我尽量简化：火箭消耗燃料速度很快，得有一个泵驱动燃料，给它们加压才行，这个泵的动力从哪儿来？靠涡轮驱动，涡轮靠什么驱动？还是靠燃料燃烧的气体推动，所以火箭燃料不是全部用来朝后喷，还得取出来一部分用来驱动涡轮，这部分燃料燃烧后就直接排到大气中了，相当浪费，而俄罗斯硬靠他们变态级别的数学功底，设计出新的思路，把这部分燃气重新导回火箭燃烧室，一点儿也不浪费。最难的地方就是火箭燃烧室里面压强太高，把推动涡轮的燃气引进那么高压强的地方，超级复杂，具体就不说了，反正这种技术很省油就是了。

这个技术以前是俄罗斯独有，后来我们也有了，怎么获得的，就不知道了。正是这个技术，使我们的火箭达到世界先进水平，连老美都没有这个技术，他们还得买俄罗斯的。

这里说一点，一次性使用的东西，我们都不差，而要求多次使用的东西，我们都不行，这又得归到材料学上来，毕竟一次性使用的东西，对材料要求并不高。

话说回来，液氢发动机那么厉害，我们为什么不用，不就贵点嘛，原因是我们低温技术不过关，那可是零下253度，储氢材料也不好，所以只能做小推力的液氢发动机，长五一级火箭的YF-77，推力只有50吨，而老美的液氢发动机有300吨推力，这差距还是挺大的。

总结长五，因为分级燃烧循环技术，使火箭很省油，但是推力不大，液氢发动机仍很落后，只能通过多捆绑的方法，来提高总推力，从总推力上来说，我们已经算第一梯队。不过离老美，俄罗斯等，还是有差距。

还是得说一下人类最强火箭，这货强得没边，土星5号，体重3038吨，配5台逆天的F-1发动机，每台推力680吨，合计3400吨，一秒都得烧13吨燃料。

猜猜这位大佬是谁

每台发动机一秒烧2.6吨燃料，怎么喷燃料就是一门大学问，刚开始也是各种失败，后来经过3年2000多次的试验，科学家们终于找到了可靠的喷口分布和隔板结构。

这个喇叭壁上的细条纹就是燃料管道，工作时，燃烧的火焰温度极高，在喇叭口上铺设燃油管道，可以预热燃料，同时也冷却喇叭口，底部的小圆圈就是燃料喷口。

上面密密麻麻的孔，一圈喷煤油，一圈喷液氧，里面的孔直径小，越往外面越大

有人会说了，不就是戳几个洞吗，我也会啊，这也是核心技术？3年2000次试验就弄了个这？我想说，不信你把这排列动一下试试，孔的直径改一下试试，少开或者多开一个孔试试，不出事才怪。或许科学家最后也没弄清楚为什么要这样排列，因为试验中只有这样弄它才会正常工作，有时候事情就是这么奇怪。

不过想复制土星5号就非常难了，它是60年代美苏争霸的产物，可以不计代价投入资金，现在想弄那么多钱，没人会批了。或许，它终将成为一个传说，不会再有了。