化学火箭

固体火箭发动机

推进剂预先混合固化在药柱中，点燃后按药柱的几何形状燃烧。

优点：结构简单、可靠性高、可长期贮存、推力大、可快速发射。

缺点：一旦点燃难以关机或调节推力；比冲相对较低。

用途：助推器（如航天飞机的固体助推器）、快速响应火箭、导弹。

液体火箭发动机

推进剂分别贮存在贮箱中，通过泵或高压气体输送到燃烧室。

优点：比冲高、可调节推力、可关机和重启。

缺点：结构复杂（涡轮泵、阀门、冷却系统）、发射准备时间长。

用途：主力运载火箭。

循环方式：

  • 燃气发生器循环：用一小部分推进剂驱动涡轮后排出。简单，但少量能量被浪费；
  • 分级燃烧循环（补燃）：涡轮废气再送入燃烧室充分燃烧。效率高，但结构极其复杂；
  • 膨胀循环：用燃料冷却喷管后气化，驱动涡轮。效率高、结构相对简单，但推力受限。

电推进

不靠化学燃烧，而是用电能把工质（如氙）电离并加速喷出。

特点：

  • 比冲极高（可达化学火箭的 5–10 倍）；
  • 推力极小（通常只有牛顿甚至毫牛级）。

这意味着它不能用于从地面起飞（推力不足以克服重力），但非常适合在太空中长时间持续工作——虽然推力小，但能持续数月甚至数年，累积的速度增量很可观。

类型：

  • 离子推进器：用电场加速离子；
  • 霍尔推进器：利用磁场约束电子，用电场加速离子；
  • 电弧加热、磁等离子体动力等。

用途：卫星的位置保持、轨道转移、深空探测器的主推进。

核推进

  • 核电推进：用核反应堆发电，再驱动电推进器；
  • 核热推进：用核反应堆直接加热工质（如氢气）后喷出。

理论上兼具高比冲和大推力，但涉及核安全、政治和技术复杂度，目前尚未实用化。

一些前沿概念

太阳帆：利用太阳光压产生推力。不需要推进剂，但推力极小，且随距离增加而减弱。已有几次成功的验证任务。

激光推进 / 光帆：用地面激光阵列照射帆面，可获得更强的推力。概念有吸引力，但工程实现难度巨大。

一个选择逻辑

发动机选型的核心权衡是：

  • 起飞/着陆需要大推力（推力 > 重力）→ 化学火箭；
  • 长期在轨飞行需要高比冲（省推进剂）→ 电推进；
  • 快速响应需要可贮存、结构简单 → 固体火箭。

说明：本文为航天推进技术的公开知识整理。