任何一枚火箭的中心，都是火箭发动机。这个道理，能够运用到几乎每一种运载工具上，但相对轿车轮船发动机，火箭发动机的运用难度明显更大。
关于一枚传统火箭发动机而言，它需求一起做到：
1.推力满意大。一枚火箭动辄数百吨乃至数千吨，发动机的推力至少也要把火箭推起来，为了发生满意加速度则需求推力更大。
航天飞机全体结构（图改自：NASA）
例如，航天飞机总重达2030吨，它首要依托两枚强壮的固体助推器供给推力，单枚固体助推器的推力到达惊人的1250吨，一枚就足以把我国现役最强的长征五号（800多吨）推动。
而人类史上最强登月火箭土星五号火箭一级总推力超过了3500吨，苏联的重型火箭动力号推力乃至到达了4000吨等级！
2.爆发力够强。火箭一旦起飞，就需求遭到巨大重力和空气阻力的影响，耗费巨量的燃料和能量，但终究需求到达7.9千米/秒的榜首宇宙速度才或许盘绕地球运动，从性价比方面就要求火箭尽或许快进入地球轨迹。
关于一般的近地轨迹（入轨轨迹200千米高）发射使命，火箭需求在约10分钟左右就完结发射使命。再次运用航天飞机助推器的比方，这枚重达590吨的助推器仅需127秒便会焚烧殆尽，此刻它现已将航天飞机推到了45千米高，协助航天飞机逃离最大应战、也最大要挟的大气稠密区域。
超级钢铁巨无霸土星五号发射（图源：NASA）
关于土星五号，它的榜首级总重约2290吨，大约2160吨为燃料，发动机作业时间规范流程仅为165秒。这在某种程度上预示着土星五号一级均匀每一秒焚烧了13.1吨燃料。汽油和火油能量和热值比较挨近，以一辆百公里油耗为10升的小轿车为例。火箭1秒钟耗费的能量满意让一辆小轿车行进17.95万公里，大约够绕地球赤道4圈半。
是的，你没有看错，便是你家轿车开这么远耗的油人家一秒就喷光了。那么土星五号榜首级在两分多钟内耗费的燃料够你家小轿车开个740圈赤道的。
3.质量够轻。现在人类的火箭受限于化学燃料，终究运送功率其实并不高，有效载荷比仅为1-5%不等，这就从另一方面代表着燃料之外的结构、发动机质量有必要尽量小。例如土星五号火箭重达3000吨、仅能运45吨到月球、功率1.5%。发动机的质量毫无疑问是个至关重要的要素，假如它太重必然影响全体功率。
巨大的F-1发动机和土星五号总规划师冯布劳恩合影，这么巨大的“暴力”机器实际上“并不重”（图源：NASA）
土星五号一级运用了5台洛克达因的F-1液氧火油燃料发动机。其间，悉数壳体、燃料箱结构和发动机等质量仅为130吨，而F-1发动机自身单发仅重8.4吨！这与它粗豪的表面和撼天动地的才能比较几乎微乎其微。
4.资料够强。火箭发动机上面对接燃料，下面排出燃气，燃料温度极低、燃气温度却极高。例如，液氧液氢燃料温度在零下180-250摄氏度左右，但它们焚烧后燃气温度高达数千摄氏度。火箭发动机，要一起饱尝极冷和极热的检测。
猎鹰九号火箭发射，下面是燃气的烈焰，上面是低温燃料导致的寒冰（图源：SpaceX）
5.强度够大。一枚大型火箭发动机，每秒钟烧掉的燃料要以吨计，这在某种程度上预示着十分强力的泵在极低温下快速循环。燃气排出时速度高达数千米/秒，带来强力轰动、噪声和高压，严峻应战结构强度。
俄罗斯主力联盟火箭的完美全体规划，使得如此杂乱的结构并不影响它成为人类史上最成功的火箭宗族（图源：NASA）
6.全体规划杂乱。火箭发动机有推力室、喷注器、焚烧室、喷管、泵循环、操控办理体系、冷却隔热设备、等许多结构，任一环节都对功能有着不同要求，但它们有个一起的特色：不能出任何问题。
RS-25发动机管线一瞥（图源：NASA）
7.操控要精细。虽然火箭现已是超级钢铁巨兽，释放出巨大的力气，它却要完结很精细的“牵线搭桥”作业，程序转弯、姿势操控、变轨入轨都操作精度要求都很高，终究完成航天器的准确入轨。
8.稳定性要高。火箭动辄造价数亿、乃至几十亿一枚，加上所带着的贵重航天器，一旦失利必定损失惨重。而火箭一般规划成多级、每级又或许带着多枚发动机、所用燃料也不尽相同，这在某种程度上预示着任何一枚发动机都不能出问题。
由于火箭发射只要两种成果：成功和失利，不存在中心值。
失利的N1（上）和成功的猎鹰重型（下）（图源：SpaceX/NASA）
例如，猎鹰重型火箭一级运用了27台发动机墨林发动机，它们都要保持在抱负的作业状况才或许正真的确保火箭的正常作业。历史上苏联跟美国竞赛的N1登月火箭，就由于一直无法处理多发动机并联作业稳定性的问题而连续呈现发射实验失利，终究导致苏联丧失了登月竞赛的资历。
此外，以上这些仅是完结了最基本使命，而为了满意多种航天使命需求、运用愈加环保高效的燃料、下降对发射场的需求等方面，火箭发动机的规划将变得更困难。
人类航天进入新阶段后，对火箭发动机的需求变得更多元，例如先进极低温液体火箭上面级、屡次焚烧复用发动机、变推力乃至矢量操控发动机、离子电推动发动机等的需求渐渐的升高，它们往往带来完全不同的运用环境，要求完全的技能革新。
猎鹰重型火箭助推器收回（图源：SpaceX）
例如，SpaceX公司赖以成名的火箭一级收回技能，就要求发动机有必要做到并联作业准确可控、发动机推力可变、发动机可屡次复用焚烧、伺服机构/操控舵面着陆腿精细操控、燃料供给体系习惯发动机着陆期间作业需求、高动态环境下精细导航制导与操控等，这些都建立在前文说到的各项技能根底之上，而又悉数要求簇新的技能支撑。
再比方，离子电推动发动机的燃料运用功率大大高于传统化学燃料，它运用被超高电压电离的惰性气体元素（例如氙、氪等），电离后在磁场和电场效果下高速脱离发动机，然后发生精准、可变、高效的微推力体系。作者研讨相关的GOCE低轨卫星便是一个运用的实例，它的电推动发动机极限推力极小、操控精度却要求极高，在作业期间需求依据极端弱小的空气阻力实时发生对应推力以战胜阻力，这个阻力发生的加速度改变规模是以纳米/秒平方来点评的，1纳米/秒平方是地球重力（9.8米/秒平方）的100亿分之一！
运用了氙等离子电推动发动机的GOCE卫星（图源：ESA）
因此，火箭发动机技能，不仅是运载火箭技能的中心，也是整个航天技能的中心。它的发展水平，也直接决议了一个航天大国的全体航天水平。
（本文图片均为公共版姑且注明来历）
（本文是航天系列科普24讲第4篇，悉数文章将在一年内更新结束，敬请期待！）
