每一次人类的严重科技革新，都有一个一起的特色：它们发明出了更强壮的交通东西，把软弱的人类四肢触及规模延展到更广泛的空间。
帆海年代，轮船将人类带到大洋每个旮旯；陆地年代，轿车将人类带到大地每个旮旯；航空年代，飞机将人类带到天空每个旮旯；而到了航天年代，则需求依托火箭要将人类带到国际每个旮旯。
现役国际最强火箭猎鹰重型（图源：SpaceX）
火箭的原理说起来并不杂乱，仅需找教科书借用几个基本原理即可。
1.氧化剂和复原剂能发作氧化复原反响，开释本身储存的化学能；
2.能量守恒定律：化学能被开释后，能转化为火箭和排出废气/工质的动能；
3.牛顿第三定律和动量守恒定律：工质朝一个方向被快速排出时，火箭发动时机沿着另一方向加快。
如果把火箭的基本原理再简化好懂一些，它就是个超级杂乱的大型焰火。
说起现代火箭，就不得不提一个人叫做齐奥尔科夫斯基，以及以他姓名命名的闻名公式。他曾在幼年时因患猩红热导致听力退化，不得不退学回家，但他通过坚持去图书馆自学，仍是在16岁时由于数学天分从头参与中考并被选取。期间他一向尽力研讨各种航天相关的数学问题，其间最闻名的就是这个简略的公式，
简略翻译而来就是：火箭的速度改动与两个要素成正比：燃料/工质的喷发速度，及火箭初始与终究质量之比。这个公式看似只要速度和质量改动两个变量，却奠定了火箭技能的中心理论：
火箭从停止发射时，当速度改动(终究速度)到达第一国际速度7.9千米/秒时，便能脱离地表引力盘绕地球滚动；
燃料的焚烧产品相对发动机脱离时的喷发速度越大，航天器/火箭取得的速度改动就越大；
火箭初始分量与终究质量比重越大，航天器/火箭取得的速度改动就越大；因而，多级火箭的概念被提出(不断被丢掉的部分减少了终究质量，提高了这个份额)；但由于对数函数的约束，意味着这个份额不能无限增大，超越必定份额后盲目增大火箭分量和体积现已毫无意义了。
人类这几十年来研讨的一切火箭，不管推力到达3000吨等级的巨兽土星五号，仍是新年代微牛顿等级的等离子发动机，简直都在这几大原则的结构内进行不断改进。
在这样的一个过程中，有三位人类前史上最为巨大的火箭专家完美践行了这一巨大理论，他们的奉献简直见证了现阶段全人类的航天探究开展。
自左向右：罗伯特·戈达德(1882-1945)：美国科学家，液体火箭之父。做出了国际上第一枚液体火箭。沃纳·冯·布劳恩(1912-1977)：德国科学家。国际上最巨大的火箭科学家，掌管规划了敞开了人类航天史的V2火箭，后来美国前期简直每一款火箭/洲际导弹都由他掌管。最重要成名作是大名鼎鼎的土星五号(Saturn V)登月火箭，完成了人类登月的愿望，直到今日它依然是有史以来人工的最强壮单个运载东西。谢尔盖·科罗廖夫(1907-1966)：苏联科学家。苏联火箭体系、洲际导弹体系、载人航天体系等多项严重工程掌管者。他的奉献使得苏联在人类太空比赛前期走在全面抢先美国方位，包含各种国际第一记载的发明(国际首枚洲际导弹/首颗卫星/首位宇航员)。
以我国主力的载人航天火箭长征2F为例，现在一枚规范的火箭结构如下。
助推器：供给大推力协助火箭从停止状况敏捷加快，完成使命后敏捷从火箭别离；
一级火箭：火箭的动力主体，首要推动火箭脱离稠密大气区域，在助推器别离后也很快完成使命从火箭别离；
二级火箭：火箭脱离大气稠密区后推动火箭持续加快进入方针轨迹，完成使命后别离；
整流罩：维护有效载荷(卫星、飞船等)免受大气冲突影响，进入太空后从火箭别离；一起，由于本身处于火箭顶部，要求质量极轻、强度很大、信号通透才能强，因而规划难度很大，费用也极端昂扬；
逃逸塔：仅在载人情况下运用，当发作紧急情况后可带离载人飞船敏捷脱离危险的火箭。一般的情况下，是第一个脱离火箭的部分。
上述仅是从外观上大致进行区分，但实际上的火箭分体系区分方法远超“表面工夫”。看不见的体系，例如全体规划、结构资料、力学问题、燃料体系、操控办理体系、导航制导、发射场体系、遥测体系等，都是难度极大的存在。
在几十年的火箭开展前史中，人类尝试了各种燃料，总体上才能仍是停在运用化学燃料脱节地球引力的阶段。通过几千年的文明开展，人类把握了化学燃料的运用。它技能老练、简单制取、易于操控、制作本钱较低，逐渐变成了人类火箭的不贰挑选。
不同于地球上绝大部分生物乃至一般的交通东西，在化学反响发作能量过程中，它们只需备足复原剂(发作能量的质料比方碳水化合物里的葡萄糖乃至汽油)、氧化剂从空气中获取氧气即可。但火箭会在几十秒内脱离稠密的大气，有必要自带氧化剂和复原剂，二者的相互效果才会发作巨大的热量和反推火箭的气流。一枚火箭简直95%-98%的分量都是带着的燃料/储存箱以及焚烧它们的发动机，真实的有效载荷部分寥寥无几。
在长时刻开展过程中，形成了几大系列化学燃料，它们的扼要比照方下：
其间，固体燃料是最早投入到正常的运用中的，早在我国古代的黑火药就是典型。它的瞬间推力很大、本钱低价、体积小且存储时刻长，使得它在军事运用中处于独占位置。但是，由于较低的比冲(一个衡量单位质量燃料推动有效载荷速度改动的单位，越大意味着推动功率越高)，只能在航天发射中处于副角位置。
四氧化二氮和联氨/联胺（肼）类是人类航天勘探前期运用的燃料，二者在一般室温下都能坚持液态、比较固体燃料有着优异的比冲，苏联火箭和我国的长征火箭曾常常运用这种燃料。但是，它却有剧毒，对发射场污染极大，现在现已在逐渐退出前史舞台。
上图：某次长征2D型火箭发射，橘黄色烟雾来自四氧化二氮燃料
中图：某次土星五号火箭发射，滚滚黑烟来自液氧火油燃料
下图：某次三角洲-4重型火箭发射，白色烟雾来自液氧液氢燃料(水蒸气)
自戈达德年代起，火箭专家们就意识到液氧液氢或许是最理想的火箭燃料。但是现实并非如此，液氧液氢密度很低、保存极难(液氧沸点-183℃，液氢沸点-253℃)，简直只能在发射前加注且体积巨大，对存储罐强度和保温功能要求极高，对发动机焚烧室和喷管的要求也远远高于其他燃料。因而，液氧液氢既是最理想的燃料、也是最难运用的燃料，国际航天大国的航天发射实力也往往能以液氧液氢发动机的规划才能来衡量。在此过程中，液氧火油组合成为一个完美的过渡组合：它具有不错的比冲、对发动机和燃料加注的要求都大幅度的下降。人类前史上最大的火箭土星五号便选用了它作为主一级火箭推动燃料，而在第二级上选用了液氧液氢。它们的组合造就了登月的神话。
跟着现代科技的前进，一些新式的火箭燃料也被开发出来。例如，电推动/等离子火箭选用通过电离并被加快到几十千米每秒的等离子，取得的推动才能（比冲）理论上最强、且燃料耗费的速度极慢。但是，现在人类并没有满足的科技力气将其做的满足大，一般仅能完成极小推力的运用(1牛顿等级乃至更低)。但关于未来的远程星际游览效果可观，在真空中没有阻力，即就是缓慢的加快效果也能在时刻累计后取得适当快的速度。现在现已在一些大气层外的卫星和飞行器上开始运用。
运用了氙离子发动机的欧空局地球重力场及洋流勘探卫星(ESA)
此外，选用惰性气体乃至水蒸气反冲效果的微型发动机也在航天器姿势确认上有所运用，但功率较低不或许作为火箭动力体系。
而核动力火箭则由于无法处理的动力操控(需求在极短时刻内安稳开释极大能量)、潜在失利危险和载人环境下的核辐射问题而没有投入有用。
有了火箭之后，才有或许存在人类载人航天，它们也是仅有或许把人类四肢探究才能延展到全国际的东西。
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（本文是航天系列科普24讲第3篇，悉数文章将在一年内更新结束，敬请期待！）
