火箭推进的想法实际上并不是什么新鲜事，公元前400年—公元前350年出生在Tarentum 的阿奇塔斯就发明了一只靠蒸汽驱动的鸽子，这只蒸汽鸽子被他用绳子拴着在家中绕圈飞行。阿奇塔斯也因此闻名。因此，通过加热某种燃料并通过喷管喷出燃气来产生推力的想法在2 400年前就已出现，并被记录下来[1]。

中国发明的火药带动了14世纪火工火箭的出现。这或是一名古代中国官员渴望成为世界上第一位航天员的故事。据说他骑着一个由144枚火箭捆绑的椅子飞往太空，但不幸的是，他难逃立刻被炸死的命运。这个故事如果是真的，就说明人们想要乘坐火箭进入太空的愿望是由来已久的。

第一批火箭使用的是固体燃料。这些固体燃料是中国人大约在900年前制造的。和现在一样，这些火箭在当时基本上是火箭形式的炸弹[2]。

这些火箭首先使用火药作为燃料，随后使用其他爆炸性化合物作燃料。这些爆炸性化合物变得越来越复杂，但其原理不变。设计包括将各种爆炸性固体燃料放置在一个燃烧室里，可以连续点火并从火箭头锥被抛掉。一旦开始点火就没有机会再停止了，因为这实际上是一枚不断燃烧的炸弹。当今存在的固体燃料火箭非常适合导弹武器系统，这是因为它们在任何时候都可以立刻发射，且无须给火箭添加燃料。

随后出现了液体火箭。将液体燃料以受控方式泵入燃烧室的想法是俄罗斯的Konstantin Tsiolkovsky 在19世纪末20世纪初首次提出的[3]。

在20世纪二三十年代，美国火箭科学家罗伯特·戈达德开发了第一个真正的液体燃料火箭系统。为此他受到了来自《纽约时报》的嘲笑，奚落他是“月球人”[4]。《纽约时报》取笑了戈达德关于“液体燃料火箭将使人们在未来某天能在月球上行走”的预言，但近半个世纪后，当尼尔·阿姆斯特朗和巴兹·奥尔德林登上月球时，《纽约时报》为其当初对戈达德的嘲讽做出了正式道歉。

液体燃料火箭在许多方面可以提高效率。其优势包括可以调节流量、控制点火和关闭，并产生更少的污染，尤其是在颗粒物方面。液体燃料组合，如液态氧氧化的液氢，会产生更大的推力。液体燃料火箭运行的基本形式及其推进系统的关键物理公式如图10.1 所示。(www.daowen.com)

图10.1　液体火箭的基本概念（图片由NASA 提供）

这种液体燃料火箭系统结构更加复杂，包括燃料、泵以及阀门系统。例如，那些使用液氧和液氢的设备还需要特殊且昂贵的制冷系统。因此，这种火箭最适合用于科学或商业发射任务，这些负责发射的人员不需要像发射武器那样进行快速反应。

现在也有所谓的混合动力系统。这种火箭系统可能含有固体燃料，但氧化剂采用可以调节流量的气体或液体氧化剂。这个控制特性使这类推进系统适用于载人的空天飞机等应用。首个可运行的系统是由本森空间发展公司（Benson Space Development Company）开发的，其中包括看似非常规的氯丁橡胶燃料，该燃料通过氧化氮以受控的方式进行氧化。该系统采用氧化氮作为氧化剂，通过关闭阀门，控制氧化剂的供给。

其他的混合火箭推进系统现在正在“太空船二号”航天飞机上使用，以实现更高的推进效率。切断氧化剂供应的能力是一项关键的安全指标，但是，所有固体燃料火箭系统都会产生较高的污染，并将污染微粒排向平流层。

尤其要注意污染物在平流层中的特殊影响。这些高海拔区域的大气密度可能比在海平面处的大气密度低100 倍，这就意味着当微粒被释放到平流层中时，其对环境造成的破坏要大得多。