□作者: 孫欣榮
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液體火箭發動機一般由推力室、推進劑供應系統和發動機控制系統組成。
推力室是推進劑混合、燃燒並高速噴出產生推力的重要部件，由噴注器、燃燒室和噴管組成。推進劑燃燒時溫度極高，極易燒穿燃燒室，因此必須進行冷卻。冷卻方法通常有再生冷卻和內冷卻兩種。
推進劑供應系統的目的是將推進劑從貯箱輸送到推力室，包括渦輪泵、各種導管和活門。推進劑輸送方式有兩種，一種是擠壓式，一種是泵壓式。擠壓式是利用貯存在高壓氣瓶內的壓縮氣體，將推進劑從貯箱內擠壓到燃燒室內。由于這種方式將使貯箱承受很大壓力，需把貯箱制造得十分堅固，因此不利于減輕火箭的結構重量。泵壓式是用渦輪泵將推進劑送入燃燒室。這種方法可使推進劑貯箱的壓力大大減輕，減小貯箱的壁厚尺寸，減輕結構重量。
發動機控制系統的作用是控制發動機的啟動、點火和關機等程序，控制推進劑的混合比例、推力的大小和方向等。
液體火箭發動機典型的啟動和工作程序是︰接到點火的指令後，發動機先打開氧化劑和燃燒劑的啟動活門，使貯箱內的推進劑在氣體的壓力下進入渦輪泵；火藥啟動器通電點火，產生的燃氣驅動渦輪泵高速旋轉，使泵內的推進劑增壓後，一部分進入燃氣發生器點火燃燒，生成高溫高壓燃氣，接替火藥啟動器的工作，驅動渦輪泵以更高的速度轉動，將大量的推進劑壓入推力室，而另一部分則直接進入推力室；燃燒劑主活門開啟，使來自渦輪泵的燃燒劑進入燃燒室的冷卻夾層，對燃燒室進行冷卻後，由噴注器噴入燃燒室。與此同時，打開氧化劑主活門，使經過渦輪泵加壓後的氧化劑直接由噴注器噴入燃燒室。這樣，經過增壓的燃燒劑和氧化劑在燃燒室內霧化、混合、燃燒，形成高溫高壓燃氣，在噴管內迅速膨脹，最後以每秒幾千米的高速噴出，產生巨大的反作用力，推動火箭高速飛行。
以上是發動機的自燃點火方式。對常用的自燃式推進劑來說，它們用不著點火，兩者遇到一起就會自動燃燒。對于非自燃的推進劑來說，需要根據具體情況設計專用的點火系統，采用另外兩種點火方式︰焰火點火和電點火。
固體火箭發動機
顧名思義，固體火箭發動機就是采用固體推進劑的火箭發動機。歷史上，以黑色火藥為推進劑的原始固體火箭是我國的一個發明。到十五世紀中葉，我國固體火箭發動機制造技術已達到很高水平，戚繼光所著《練兵實記》一書中就敘述了固體火箭發動機的制造方法，並對固體推進劑的裝填提出明確要求。二十世紀60年代以後，國外固體火箭發動機技術逐步發展成熟，並開始應用于航天領域。如美國二十世紀60年代發展的偵察兵、80年代發展的白羊座、大篷車、飛馬座、金牛座、航天飛機固體助推器和日本的M系列火箭等。
與液體火箭發動機相比，固體火箭發動機由于不需推進劑輸送系統，推力室無需強制冷卻，因此結構簡單，沒有活門、噴注器、渦輪泵、燃氣發生器等部件。由于這個特點，它的可靠性較高，操作簡便。另外，固體發動機能夠長期貯存。固體火箭發動機的缺點是，比推力較低，工作時間較短，不易調節推力和多次啟動。
固體火箭發動機由藥柱、燃燒室、噴管和點火裝置等組成。
固體推進劑常常被制成不同的形狀，稱為藥柱。在推進劑相同的情況下，固體火箭發動機的推力由藥柱的燃燒面決定。藥柱的燃燒面越大，單位時間產生的燃氣量就越多，推力也就越大。燃燒面除了影響推力外，還影響燃燒室的壓力以及發動機工作時間的長短。在其它條件不變的情況下，燃燒面大的，燃燒室壓力大，工作時間減小，反之，燃燒面小，燃燒室壓力小，工作時間增加。根據這些特性，改變固體推進劑藥柱的燃燒面就可改變固體火箭發動機的推力，所以固體推進劑藥柱經常被加工成星孔型、車輪型、翼柱型、錐柱形、球型等不同形狀。
燃燒室是裝填推進劑並供其燃燒的組件，也是箭體的一部分。因發動機工作時要承受高溫、高壓，必須具備較高的強度，所以燃燒室通常采用高強度合金鋼、玻璃鋼、鈦合金等材料制成，並在內壁粘貼一定厚度的絕熱層進行保護。
固體火箭發動機的噴管具有將推進劑放出的熱能轉換成推進用的動能的作用。因為它不像液體發動機那樣采用冷卻措施，所以一般采用合金鋼或玻璃鋼等抗高溫材料制成，並采用燒蝕等技術進行保護。一台固體火箭發動機可以設計成一個噴管，也可以設計成幾個。噴管有固定的，也有可動的。可動噴管可以繞發動機縱軸轉動或擺動，實現對發動機推力方向的控制。
點火裝置的任務是點燃發動機的固體推進劑藥柱。點火裝置包括電爆管、點火藥和殼體結構。按照不同的點火要求，它安裝在燃燒室頭部、藥柱中間或尾端。
固體火箭發動機的工作過程比液體火箭發動機簡單得多。點火時，先通電使電爆管爆炸，引燃點火藥，點火藥燃燒後點燃推進劑藥柱。
固液混合火箭發動機
由于液體火箭發動機和固體火箭發動機各有各的優缺點，所以科學家把它們結合起來，組成了固液混合式火箭發動機。它通常有固液混合式和液固混合式兩種。液固混合式發動機是燃燒劑為液體、氧化劑為固體，而固液混合式發動機正好與它相反。從性能上說，固液混合火箭發動機的比推力高于固體火箭發動機，低于高能液體發動機，與可貯存的液體發動機相當。從系統和結構來說，這種火箭發動機的優點是簡單緊湊，缺點是燃燒效率低，推進劑混合比不易控制，調節推力時能量損失較大。
結構系統——火箭的軀體
火箭結構系統通常稱為箭體結構，大多是用金屬板材和加強件組成的硬殼、半硬殼式結構。材料多為比強度和比剛度較高、塑性範圍較窄的鋁合金，部分采用不銹鋼、鈦合金和非金屬材料。
從火箭的頭部向下數，多級液體火箭的箭體結構主要包括有效載荷整流罩、儀器艙、推進劑貯箱、箱間段、級間段、尾艙、尾翼。固體火箭的箭體結構與液體火箭的箭體結構基本相同，不同的是它比較簡單，大部分為發動機外殼。
位于運載火箭頂端的有效載荷整流罩有火箭的“皇冠”之稱。它用于包容衛星、飛船、宇宙探測器等有效載荷，使它們免受火箭在大氣層內飛行時產生的空氣動力和空氣動力加熱的損害。火箭飛出大氣層後，完成使命的有效載荷整流罩即被拋掉。
儀器艙一般位于有效載荷的下面，用于安裝火箭飛行控制用的儀器和設備。儀器艙的壁板上經常開有艙口，便于安裝儀器設備和對儀器設備進行檢查測試。
推進劑貯箱是箭體結構中比例最大的部分，約佔全箭總長的三分之二。每級火箭由獨立存在的燃燒劑貯箱和氧化劑貯箱兩部分組成。為減小箭體長度，減輕結構重量，有些火箭也將氧化劑貯箱和燃燒劑貯箱設計成一個整體，中間用一個箱底隔開，稱之為共底貯箱。如我國的長征三號火箭使用的第三級液氫液氧貯箱，以及美國航天飛機的外掛推進劑貯箱采用的就是共底貯箱。對于這種容裝低溫推進劑的貯箱來說，為了防止推進劑的蒸發損耗，外表面需噴涂隔熱層。
除了存貯推進劑外，推進劑貯箱還是火箭的主要承力構件，必須具有足夠的強度，所以通常采用化學銑切或機械銑切的方法，將貯箱的內表面加工成多個網格，這樣既可保證結構強度，又能減輕結構重量。
箱間段是聯接燃燒劑貯箱和氧化劑貯箱的構件，也用于安裝部分控制設備。
級間段是多級火箭各級之間的連接構件。它有兩種形式，一種是用合金鋼管制成的桿系結構；另一種是半硬殼式結構。當采用熱分離方式時，級間段可以讓上一級火箭發動機工作時產生的燃氣通暢排出。
尾段是火箭最下端的部分。它的作用一是保護火箭發動機，二是在發射台上支撐火箭。火箭安裝尾翼時，它還是尾翼的支持部件。尾段上開有各種艙口，供安裝、檢查、維護伺服機構、火工品和動力系統時使用。
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