今晚23时08分，神舟十五号载人飞船将由长征二号F—15火箭从酒泉卫星发射中心发射这次发射将把三名宇航员送入天宫空间站，他们是费，邓庆明和张璐届时，天宫空间站将史无前例地有6名航天员同时值班！这也是我国空间站建设的首次在轨旋转六名宇航员将一起在空间站生活一段时间值得一提的是，邓清明是中国第一批航天员，和坚持至今，终于圆了飞天梦的杨利伟是同一批这次发射是空间站建设阶段的最后一次载人航天任务

这次发射仍然使用我们中国的沈剑长征二号F火箭，长二F在中国执行了多次载人航天任务，都取得了圆满成功相信这次不会辜负大家的期望这次发射将在酒泉卫星发射中心举行酒泉大家应该都知道吧如果你没有，边肖会抓住机会向你展示它

长征二号F是典型的液体火箭，采用一氧化二氮和偏二甲肼推进剂什么是液体推进剂火箭发动机说到液体火箭发动机，你可能觉得都是落后技术，固体火箭发动机才是未来但实际上，液体火箭发动机仍然是当今世界的主力

火箭的历史

说起火箭的起源，就要从三国时期说起了据说在后汉三国时期，我们就有了火箭这个词

当然，这里的火箭和我们现在说的火箭不是一回事，连远亲都谈不上

火药发明后，人们想到了利用反作用力上天中国明朝的人最先实践了这种方法他把鞭炮绑在椅子上，希望借助它的推力和风筝的升力飞起来最后当然失败了，但这种精神值得我们尊重

而现代火箭还得从1903年说起康斯坦丁·埃杜·奥尔德维奇·齐奥尔科夫斯基于1903年发表了《用反应装置探索太空》一文，从理论上论证了用火箭推进的航天器模型在这篇文章中，他提出可以用液氢/液氧作为推进剂来研制火箭这也是我们现在经常使用的推进剂组合之一

δv为航天器的速度增量，ω为喷流速度，M和M分别为航天器加速前后的质量。

其中，喷流速度和前后质量比反映了航天器发动机的两个重要指标，比冲和干质量比。

关于碧冲，我们在嫦娥上天的问答里回答过有兴趣的可以回去看看下面简单介绍一下干质量比，也就是质量比其实就是齐次方程中的质量比在太空飞行中，我们一般会关注火箭发射前和完全熄火后的质量比这个质量比与火箭本身的结构和所携带载荷的质量有关从这个方程不难看出，干质量比越大，速度增量越大可是实际上，运载火箭的干质量比是很难达到的目前，没有一种火箭的单一干质量比能够达到将航天器送入太空的目标因此，齐奥尔科夫斯基提出了多级火箭的想法，即依次发射多枚火箭，将载荷送入太空目前火箭推进至少需要1.5级火箭才能完成发射任务

其实第一枚火箭也是液体火箭，建造时间甚至在齐次方程之前。

早在1926年，R.H. Goddard就在马萨诸塞州的奥本成功发射了历史上第一枚液体燃料火箭火箭使用汽油/液态氧作为推进剂火箭只飞了12.5米高，57米远老实说，这还不如一个爆竹

但这确实是人类的第一枚火箭，戈达德也被称为美国火箭之父。

参考资料中的数字

真正实用的液体火箭应该是德国的V2火箭1944年，德国成功研制V2火箭，使用液氧/酒精作为推进剂，射程300公里事实上，它开创了现代液体火箭的发展但是，纳粹德国研制这种火箭是为了战争1944年，纳粹德国用这种火箭袭击了伦敦

之后美国和苏联在这种火箭的基础上发展了液体火箭。

火箭发动机的结构

液体火箭发动机主要有三大结构:推力室，推进剂供应系统和发动机控制系统可以说是三大块

推力室是火箭发动机完成能量转换并产生推力的装置，由喷射器，燃烧室和喷管组成推进剂通过喷射器喷入燃烧室，经过雾化，蒸发，混合后，发生剧烈的氧化还原反应，产生高速气流从喷嘴喷出气流速度2500—5000m/s，燃烧室内压力高达20MPa左右，温度3000—4000℃左右因此，燃烧室的冷却也是火箭发动机的重要课题

推进剂供给系统是将贮箱中的推进剂以规定的混合比和流量以所需的压力输送到推力室的系统按输送方式可分为挤压式和泵送式两种前者一般用于小推力发动机，后者多用于大推力发动机

至于发动机控制系统，就不用说了，它的作用是调节和控制发动机的工作程序和参数。

除了这三个部件，火箭发动机可能还有预冷系统，推力矢量控制系统等其他部件。

火箭的工作过程比较清晰在推进剂供应系统的控制下，推进剂以规定的混合比和流量送入推力室，由推力室通过喷射器将其喷入燃烧室燃烧时充分燃烧产生高温气体，从喷嘴高速喷出，获得巨大推力

至于具体的工作方式，有机会可以再找机会谈。

推进的

在液体火箭发动机中，最重要的是推进剂在液体火箭发动机的研制过程中，我们对推进剂的研究一直在路上

液体火箭发动机的推进器分为单组元和双组元，双组元比较好理解氧化剂和还原剂都有强烈的氧化还原反应，产生气体推动火箭进入空中单组元推进剂可能大家都不熟悉

参考资料中的数字

肼是一种可以在地面储存的单元推进剂凝固点高，常温下为液体，有利于储存，但热稳定性差在催化剂的催化下，肼可以分解成氨和氮，并产生热量虽然是单组元推进剂，但其实联氨不是唯一的一般由肼与MMH，硝酸肼和水混合制成单组元推进剂，一般用于航天器姿态控制，轨道调整和末端助推器控制10N左右的一些微型发动机通常选择肼肼具有优良的脉冲比冲，响应灵敏，可靠性高，最重要的是易于储存，价格便宜当然，还有一个显著的缺点就是剧毒

双组元推进剂可分为低温推进剂和可贮存推进剂两大类常用的低温推进剂有液氧/液氢和液氧/RP—1，可贮存推进剂包括无肼/混合肼，NO/UDMH，NO/MMH，硝酸/偏二甲肼，硝酸/肼等

首先，可储存推进剂在室温下是液体，可以方便地储存可贮存推进剂的主要成分是肼

让我们先谈谈UDMH乍一看你可能会觉得很陌生，但如果说起它的中文名，你应该很熟悉这是偏二甲肼这种燃料在肼类燃料中具有最好的热稳定性它可以单独使用，也可以与肼或煤油混合使用但实际上偏二甲肼比冲一般，即使对于RD—253，真空比冲也只有310s

肼经常与其他燃料混合。

50%偏二甲肼和50%肼组成的燃料是混合肼50，更稳定，密度和沸点更高，更安全像美国的大力神火箭L87，俄罗斯的SL—13，用的都是联氨50

再比如:胺肼肼是一种燃料，由肼和二乙烯三胺混合而成胺肼具有良好的冷却性能和比肼更高的比冲

接下来是肼燃料which，它是甲基肼或甲基肼作为肼家族的一员，MMH也是一种可以全天储存的液体推进剂它的凝固点低，可以单独使用，也可以与肼或UDMH或肼和硝酸肼混合使用MMH能介于肼和偏二甲肼之间液体温度范围宽，高温高空性能优于肼50但MMH生产复杂，价格昂贵，MMH的毒性是三种肼类化合物中最大的，甚至其推力都低于肼可是，MMH有着良好的多次首发能力在轨精度高，可作为上面级火箭姿态控制，速度控制，反作用控制的推进剂

在双组元推进剂中，通常使用肼燃料作为还原剂，其氧化剂一般为NO NO有一个显著的特点，其颜色与二氧化氮相同，为红棕色所以排放时红烟上升一般用N2O4做氧化剂此次发射使用的长征二号F火箭使用偏二甲肼和一氧化二氮作为推进剂可以关注点火的盛况

参考资料中的数字

除了NO，肼也使用硝基氧化剂这种组合的优点是点火延迟时间较短延迟时间越短，点火越可靠，启动速度越快当硝酸作为氧化剂时，混合肼的点火延迟时间为25ms，UDMH为4ms，无水肼仅为2ms

接下来，我们来介绍一下低温推进剂。

所谓低温推进剂，是指在室温下为气态，只有在低温下才为液态的推进剂这种推进剂不容易储存，当然还会有一些其他的优点，比如成本低或者比冲高

首先，RP—1不要被这个名字迷惑了这个东西其实是煤油，高度精炼的航空煤油氧化剂通常是液态氧

当初提到早期火箭使用的燃料是酒精，后来发现化石燃料更好碳氢燃料具有更高的燃烧效率和更高的密度于是大家把目光集中在煤油上，煤油非常便宜，在常温下更稳定，更安全，无毒，对环境无害但是煤油会带来另一个问题煤油在高温下会分解聚合，重组分会产生沉积物，沉积在发动机上，堵塞冷却通道RP—1就这样诞生了

RP—1严格控制硫的含量，硫在高温下不仅会腐蚀金属，还会加剧碳氢燃料的聚合同时，通过降低不饱和烯烃和芳烃的含量，使这些化合物本身容易聚合，用异构体代替直链烷烃，增强了热分解能力

还有很多火箭用的是煤油美国登月使用的土星一号的发动机F1是液氧/煤油发动机中国的YF100也用煤油现在space X也采用这种方案

这是F1如果F1去F1会怎么样

然后是液氢/液氧。

这是非常简单粗暴的是目前比冲最高的推进剂组合，环保无污染

液氧和液氢都需要在低温下保持液态，所以这种组合的长征五号被亲切地称为冰箭液态氢的密度很小，所以体积很大为此，我们有一个密度比冲的概念，密度比冲是单位体积推进剂的比冲液氧/液氢的密度比冲不如煤油/液氧此外，液氧中的液氢难以储存，容易挥发

某些推进剂组合的真空理论比冲

最后简要介绍了其他一些推进剂组合。

第一种是液态氟大家应该都知道，说到氧化，氟才是真正的老大哥，所以理论上液态氟和液态氢是比冲最强的但由于氟和氟化物毒性很大，这种推进剂还没有进入实用阶段

其次，同为化石燃料的甲烷比煤油的结焦极限温度高得多，与液氧不同的混合比例下也没有积碳，所以对材料的腐蚀性小得多但其安全性比煤油差，价格比煤油贵

参考资料:

查理液体火箭发动机技术国防科技，2004 :25—30

傅军液体推进剂的现状及未来发展趋势火箭推进，2004 :1—6

张来历不凡国外液体推进剂的发展与现状国外导弹与航空航天，1980 :7—15

孙宏明液氧/甲烷发动机述评火箭推进，2006 :23—31

神舟十五号乘员名单公布:费，邓庆明，张璐

神舟十五号船箭组合体运往发射区，计划近期发射。

关于火箭燃料——液体推进剂的发展和分类

航空煤油RP—1简介

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