火箭推进原理及其重要性

为了把航天器送入太空轨道，我们必须做到两件事。第一，航天器必须上升到大气层外，避免大气粒子阻止航天器围绕地球飞行。第二，必须提供航天器水平速度大于或等于当地环绕速度，避免航天器坠入大气层摩擦烧毁。该两项任务都由运载火箭完成。火箭运动是利用火箭发动机燃烧后的高温气体经发动机喷管高速向后喷出，产生向前飞行推力。根据牛顿运功第三定律：任何两个物体相互作用力，大小相等，方向相反，这就是火箭推进原理。

随着燃料不断燃烧，火箭自身质量逐渐减小，高度增加，大气阻力也不断减小，因此火箭速度越来越快。火箭是目前唯一能使物体达到宇宙速度，摆脱地球引力，进入宇宙空间的运载工具。火箭的出现为太空飞行提供了可能性。

火箭推力和其推举的总重量之比叫推重比，火箭要能推举航天器升空，推重比必须大于1。推重比大于1的部分用于火箭加速，这部分越大意味着火箭加速度越大。当越来越多燃料和氧化剂消耗掉，火箭重量（质量）降少，而推力保持不变，推重比增加。根据牛顿第二定理，加速度和作用力成正比和质量成反比，火箭加速度必定越来越大。

1903年，俄国齐奥尔科夫斯基提出了制造大型液体火箭的设想，推导出单级火箭的理想速度公式：(www.xing528.com)

（2-1）式称为齐奥尔科夫斯基公式。ω为发动机的喷气速度，Mo和Mk分别是火箭的初始质量和发动机熄火时的质量。Mo/Mk称为火箭的质量比。

由（2-1）式可知，火箭的速度与发动机的喷气速度成正比，并且随火箭的质量比增大而增大。但是，即使使用性能最好的液氢液氧推进剂，发动机的喷气速度也只能达到4.3～4.4公里／秒。因此，单级火箭不可能把物体送入环绕地球的太空轨道，必须采用多级火箭，以接力的方式将航天器送入太空轨道。