发动机

火箭发动机的核心流程只有两步：在燃烧室里把推进剂烧成约 3000°C、 200 多个大气压的燃气；再让燃气通过一个先收缩、后扩张的喇叭形喷管——拉瓦尔喷管(de Laval nozzle)。气流在喉部达到音速， 然后在扩张段继续膨胀加速到好几倍音速。喷管做的事一句话：把压力和温度兑换成速度。

上一章说过，喷气速度 ve 直接决定 Δv。所以发动机工程师的一切努力—— 更高的室压、更极端的材料、更复杂的循环——本质上都在追求同一件事：让气体喷得更快。

按推进剂形态，火箭发动机分两大家族。液体发动机： 燃料和氧化剂分开贮存，泵进燃烧室——可以调节推力、可以关机再点火，性能高， 但结构复杂（涡轮泵是精密机械的巅峰）。固体发动机： 燃料和氧化剂预先混好浇铸成型，点着就烧到完——结构简单、可靠、可长期战备贮存， 但点火后无法调节也无法关机。

液体发动机烧什么？主流是三种组合，各有取舍：煤油密度大但积碳， 液氢比冲高但难伺候，甲烷居中且干净。用下面的对比器看看为什么新一代复用火箭几乎全部押注甲烷（Raptor、朱雀二号的天鹊、蓝色起源的 BE-4）。

把推进剂打进 200 个大气压的燃烧室，需要功率上万千瓦的涡轮泵； 而驱动涡轮的能量，还得从推进剂本身出。那股驱动涡轮的燃气最后去哪， 就是发动机循环的分类依据——它决定了效率上限和工程复杂度：

最后认识一下化学火箭之外的另一条路线。电推进(electric propulsion)（霍尔推力器、离子推力器）用电场把工质加速到几十 km/s 喷出，比冲可达 1500–3000 s，是化学发动机的 5–10 倍——但推力只有毫牛到牛顿级， 相当于一张纸压在手上的力。

所以它上不了天（推不动自己），却是在轨之王：不赶时间的轨道维持、 星座位置调整、GEO 卫星入位，用电推能省下一半以上的推进剂质量。 Starlink 每颗卫星都带一台氪/氩工质的霍尔推力器。

数据说明本章数字口径：燃烧室温度压强为主流液氧煤油/甲烷机典型量级；开式循环损耗 2–3% 为教学近似；电推进比冲与推力为霍尔推力器公开典型值（2020s）。