為什麼火箭發動機火葯需要雕刻

A. 希望懂航天一點點的給我科普一下，為什麼美國太空梭發射點火時要先點飛機本身的再點固體推進器為什麼

1、液體火箭發動機來需要有一個源大功率的泵把燃料噴進燃燒室，它的設計難度基本上都圍繞這個泵展開。液體火箭發動機（分級燃燒或開放渦輪）啟動時需要一個過程，大約耗時幾秒鍾。首先火葯包點火產生火葯氣體帶轉燃氣發生器，然後燃氣發生器點火，渦輪泵達到額定轉速後主燃燒室才點火。然後再過一會火箭才能達到最大推力。可以注意看一下，液體火箭不是點火之後馬上就能起飛的。
固體火箭點火快，所以晚一些點火。
2、火箭發射都需要程序轉彎，從垂直起飛逐漸改成水平飛行。這也是個過程，一般是一邊上升一邊加速一邊改平，完全改平時已經飛出大氣層了。
3、固體火箭的尾焰比較明亮，顯得更大。

B. 火箭火葯為什麼要雕刻

中心孔不是整形（所謂的人工雕刻）加工出來的，而是在澆築過程中模具插芯，固化後抽芯得到。

C. 不用火葯為什麼能把火箭發射升空

運載火箭是用煤油、酒精、偏二甲肼、液態氫等作為燃燒劑，而用硝酸、液態氮等專提供的氧化劑幫助燃燒屬的，人們習慣上把燃燒劑和氧化劑通稱為火箭發動機的燃料或推進劑。

從物理形態上講，火箭發動機使用的推進劑有兩種形式，一種是液態物質，另一種是固態物質。燃燒劑和氧化劑都是呈液體形態的發動機則稱為液體燃料發動機，或稱為液體火箭發動機，兩者都是呈固體狀態，則稱為固體燃料火箭發動機或固體火箭發動機。如果在兩種燃料中，一種為固體，一種為液體，則稱為固－液火箭發動機或直接稱其物質名稱的火箭發動機。如，氫氧火箭發動機。由於固態燃燒劑產生的能量比液體氧化劑發出的能量高，所以，目前研製的火箭發動機多是固－液火箭發動機，兩種燃料相遇燃燒，形成高溫高壓氣體，氣體從噴口噴出，產生巨大推力而把運載火箭送上了太空。

D. 火箭彈是靠什麼發射的也需要發動機嗎

喀秋莎火箭炮用的是火箭發動機
單兵火箭筒，包括蘇聯的美國的，過去的現代內的，都沒有發動容機，就是在發射筒內燃完了，出去了就再無動力。即便有殘余的火焰，那也不是發動機工作，主要動力是在火箭筒內獲得的。

火箭筒和火箭炮最大的區別就在此。為什麼呢？因為成本問題。單兵的武器追求成本低。

推進劑都是用火葯

E. 模型火箭發動機的火葯是什麼

我拆過，推進劑是用黑火葯壓制的，開傘劑是粒狀黑火葯

F. 固體發動機火葯為什麼需要由人為的來雕刻

這是個細活，得有豐富的經驗根據需求把葯加工成不同的形狀，理論上當然是可以模擬的，但是鑒於化學專業的尿性這玩意模擬根本就不靠譜，所以現在業內主要是靠葯學專家（雕刻工人）把整塊葯加工出來，點火試試，再改改，再點火烤，大體就是這個流程吧

固體推進劑在發動機里邊為葯柱狀（機械性能類似軟輪胎），一般不是實心的，會有中心孔道（如下圖所示）。中心孔不同，其燃燒行為不一樣，設計時根據具體需要選擇。這里需要強調的是，中心孔不是整形（所謂的人工雕刻）加工出來的，而是在澆築過程中模具插芯，固化後抽芯得到。

G. 從火葯火箭到航天火箭是怎麼發展的

人類在對自己飛行夢想的不斷嘗試中，一次次進行著飛行的嘗試，隨著科學技術的發展，人們逐漸認識到航空與航天的不同，航空飛行器不論飛機、氣球還是飛艇都需要依靠空氣的存在，沒有了空氣，所謂的飛行也就不可能實現。而航天之夢實現的最原始依據就是火箭，火箭的飛行利用了動力學中的動量守恆原理，它不但能在空氣中飛行，還可以在大氣層外的真空中飛行，而且由於沒有了空氣阻力，在真空中的飛行性能更好。通過不斷的嘗試，人們逐漸認識到要想進入太空，只有藉助於噴氣推進的火箭。

火箭的發明最早出現在中國。在中國古代的記載中，火箭的含義比較廣泛，比如在電影電視中經常可以看到箭頭點燃，靠弓弩發射的竹箭也稱為火箭，而真正的火箭是在火葯出現後才發明的。從唐末到宋初火葯武器開始使用，但由於其配方和製作方法還處於初級階段，所以不足以作為推進的燃料。隨著火葯配方和製造技術的進步，12世紀初研製成功了固體火葯，並把它用於製造火器和焰火煙花，在使用這些火器與煙花特別是手持使用時，人們感到火葯燃燒會產生很強的後坐力，於是有心人在這種啟示下發明了新的火葯玩具。大約12世紀末到13世紀初出現的玩具「穿天猴」可以說是真正意義上利用反作用原理的火箭，將這種原理的火箭作為武器使用具有相當的殺傷力，所以在戰爭中也開始頻繁地使用它。

公元1127年南宋政權建立後，南宋、金和蒙古頻繁交戰，各方都使用了火器。1161年11月，金國侵略中原時，南宋軍隊第一次使用了火箭武器——「霹靂炮」重挫金軍，這是人類歷史第一次在戰場上使用火箭武器。連年的交戰使火箭技術逐漸被金和蒙古所掌握，於是當時各方兵工廠的一個重要內容就是火葯製造，在這種情況下火葯的配方有所改進，製造工藝漸趨成熟，其燃燒速度和爆炸力也得到增強。13世紀蒙古在先後三次的大舉西征中，採用了南宋的火器技術，用漢人工匠製造大炮。當時蒙古大軍在歐洲戰場使用的火箭已有多箭齊發的火箭筒，這種集束式火箭發揮了絕大的威力，使歐洲人大為吃驚。當然在這幾次西征中，阿拉伯人從中掌握了火葯和火箭的技術，並進一步把它傳入了西方。

明代中國火箭發展進入了一個比較重要的時期，出現了很多種類的火箭，除了單級火箭，還發展了各種集束火箭、火箭彈和原始的多級火箭，並且對各種火箭的製造、應用、配備和發射劑原料配比及加工製造等都作了詳盡地敘述。在當時的水、步、騎兵中，火箭武器已作為必備的武器，甚至還有專門的火箭部隊，有關火箭武器的使用、布陣、作戰技術和管理也都有條例規定。明代的《武備志》中曾有過這些火箭的記載。

明代的火箭雖然種類繁多，但發展主要體現在火箭樣式的更新上，有關火箭的尺寸、規格、裝葯劑量、發射距離方面卻少有討論。而在火箭的穩定方面，仍然是傳統的箭桿加羽毛方式，精度不能得到顯著的提高，這就使火箭的尺寸和射程難以提高。進入清代，火箭雖然也有一定的發展，但其發展基本停留在原地。一方面是因為長時間的和平以及封建君主所推行的封閉政策所影響，但從技術的發展來看，主要還是缺少相應科學知識的指導。縱觀中國古代火箭技術的發展過程，所走的基本是經驗式的道路，沒有對火葯的燃燒機理，火箭的推進原理，箭羽的穩定原理等問題進行深入的研究，而仍局限於用陰陽五行說來解釋爆炸原理，這就使得火箭技術難以出現改進。

而火箭技術在13世紀傳入阿拉伯國家後，又逐漸傳入歐洲。意、法、德、波、英、俄等國都先後掌握了火箭技術。尤其出於戰爭的需要，這些國家在使用火箭的過程中，深入研究火葯配比，火箭形狀、大小及穩定裝置和火箭材料，在這些方面進行了重大改進。很快，歐洲的火箭在重量、射程和精度等方面就超過了中國火箭。公元18世紀初，波蘭就已生產出了重達22.7千克甚至54.4千克的大型火箭，德國也試驗了多種帶導向桿的重達45.4千克的火箭。

但有趣的是，正如火箭沒有在它的故鄉中國得到發展一樣，對歐洲近代火箭技術發展產生巨大影響的不是歐洲那些較早使用火箭武器的國家，而是英國。這里不能不提及的就是威廉姆·康格里夫研製的火箭，而實際上「康格里夫火箭」並不是歐洲大陸火箭技術發展的必然結果，也很少受到其影響，主要借鑒的卻是印度的火箭技術。

英國人康格里夫1793年畢業於劍橋大學，是學文科的，由於其父經營英國皇家兵工廠的影響，他對兵工機械懷有濃厚興趣，因此後來便棄文習武，進入這家兵工廠，並且開始在英國士兵從印度帶回的火箭資料的基礎上，研究改進火箭的速度和射程。經過幾年的探索，1805年，康格里夫採用新型火葯製造出了一種實用的火箭，重14.5千克，箭長1.06米，直徑0.1米，並且裝了一根4.6米長的平衡桿，射程可達1800米。這種火箭在英國擊敗拿破崙軍隊的戰爭中建立了卓著的戰功。由於康格里夫在火箭方面做出的貢獻，英國政府於1814年授予他爵位榮譽，並在1817年被選為議會議員。然而，康格里夫火箭還未能解決制導和控制問題，精度較差。1844年，英國的威廉·霍爾發明了一種自旋穩定器，並用來對康格里夫火箭進行改進。雖然與現代火箭相比，這些火箭都十分簡陋，應用也不廣泛，但它們的出現卻為現代火箭的誕生奏響了序曲。

康格里夫研製的火箭在射程、精度及穩定方式上都作了改進，其性能已經近乎達到了火葯火箭的極限。由於其巨大的殺傷力，使各國紛紛開始重視火箭的研究和使用。此後，戰爭火箭的另一項重大進步就是穩定性的提高。19世紀中葉英國的發明家威廉姆·黑爾在火箭的尾部裝上三隻傾斜的穩定螺旋板，當火箭發射時由於空氣動力的作用使火箭自身旋轉從而達到穩定。到第二次世界大戰為止，火葯火箭的發展已臻於完善。它的基本結構是由裝有火葯的火箭筒，中間裝有發射葯作為推進劑，頭部裝有高爆炸葯和引信，尾部為噴口，另外採用尾部穩定翼起穩定作用，在發射裝置上採用發射架或發射筒。比較著名的就是前蘇聯的火箭炮——喀秋莎。

其實，上面所提到的火箭和現在我們所說的火箭並不是一回事。上面提到的火箭其實是火葯火箭。但是火葯火箭的工作原理和現在的固體燃料火箭是一樣的，以火葯燃燒產生推力。

火葯火箭是第一種實用的反作用推進裝置，雖然有許多局限證明它不是理想的太空運載工具，但它的基本原理卻完全適用於航天運載工具的需要，這樣運用火箭作為宇宙航行基本運載工具的想法在先驅者腦中逐步醞釀。後來液體燃料火箭出現，進一步為航天推進器的實現提供了可靠的技術保證，也讓航天先驅者看到了使用火箭來完成航天運載的曙光。經過不斷地研究和試驗，火箭作為太空飛行的推進裝置逐漸得到證實，最終為人類通向太空架起了橋梁。

知識點

火箭炮

火箭炮是炮兵裝備的火箭發射裝置，發射管賦予火箭彈射向，由於通常為多發聯裝，又稱為多管火箭炮。火箭彈靠自身的火箭發動機動力飛抵目標區。火箭炮能多發聯射和發射彈徑較大的火箭彈，它的發射速度快，火力猛，突襲性好，但射彈散布大，因而多用於對目標實施面積打擊。在第二次世界大戰末期和戰後，各國都非常重視火箭炮的發展與應用。進入20世紀70年代以後，火箭炮又有了新的進步，其性能和威力日益提高，已成為現代炮兵的重要組成部分。

H. 為什麼火箭發動機噴出的火焰看上去是一節一節的

現代火箭發動機主要分固體推進劑和液體推進劑發動機。所謂「推進劑」就是燃料（燃燒劑）加氧化劑的合稱。

一、固體火箭發動機

固體火箭發動機為使用固體推進劑的化學火箭發動機。固體推進劑有聚氨酯、聚丁二烯、端羥基聚丁二烯、硝酸酯增塑聚醚等。

固體火箭發動機由葯柱、燃燒室、噴管組件和點火裝置等組成。葯柱是由推進劑與少量添加劑製成的中空圓柱體（中空部分為燃燒面，其橫截面形狀有圓形、星形等）。葯柱置於燃燒室（一般即為發動機殼體）中。在推進劑燃燒時，燃燒室須承受2500～3500度的高溫和102～2×107帕的高壓力，所以須用高強度合金鋼、鈦合金或復合材料製造，並在葯柱與燃燒內壁間裝備隔熱襯。

點火裝置用於點燃葯柱，通常由電發火管和火葯盒（裝黑火葯或煙火劑）組成。通電後由電熱絲點燃黑火葯，再由黑火葯點火燃葯拄。

噴管除使燃氣膨脹加速產生推力外，為了控制推力方向，常與推力向量控制系統組成噴管組件。該系統能改變燃氣噴射角度，從而實現推力方向的改變。

葯柱燃燒完畢，發動機便停止工作。

固體火箭發動機與液體火箭發動機相比較，具有結構簡單，推進劑密度大，推進劑可以儲存在燃燒到中常備待用和操縱方便可靠等優點。缺點是「比沖」小（也叫比推力，是發動機推力與每秒消耗推進劑重量的比值，單位為秒）。固體火箭發動機比沖在250～300秒，工作時間短，加速度大導致推力不易控制，重復起動困難，從而不利於載人飛行。

固體火箭發動機主要用作火箭彈、導彈和探空火箭的發動機，以及航天器發射和飛機起飛的助推發動機。

二、液體火箭發動機

液體火箭發動機是指液體推進劑的化學火箭發動機。常用的液體氧化劑有液態氧、四氧化二氮等，燃燒劑由液氫、偏二甲肼、煤油等。氧化劑和燃燒劑必須儲存在不同的儲箱中。

液體火箭發動機一般由推力室、推進劑供應系統、發動機控制系統組成。

推力室是將液體推進劑的化學能轉變成推進力的重要組件。它由推進劑噴嘴、燃燒室、噴管組件等組成，見圖。推進劑通過噴注器注入燃燒室，經霧化，蒸發，混合和燃燒等過成生成燃燒產物，以高速（2500一5000米／秒）從噴管中沖出而產生推力。燃燒室內壓力可達2O0大氣壓（約20OMPa）、溫度300O～4000℃，故需要冷卻。

推進劑供應系統的功用是按要求的流量和壓力向燃燒室輸送推進劑。按輸送方式不同，有擠壓式（氣壓式）和泵壓式兩類供應系統。擠壓式供應系統是利用高壓氣體經減壓器減壓後（氧化劑、燃燒劑的流量是靠減壓器調定的壓力控制）進入氧化劑、燃燒劑貯箱，將其分別擠壓到燃燒室中。擠壓式供應系統只用於小推力發動機。大推力發動機則用泵壓式供應系統，這種系統是用液壓泵輸送推進劑。

發動機控制系統的功用是對發動機的工作程序和工作參數進行調節和控制。工作程序包括發動機起動、工作。關機三個階段，這一過程是按預定程序自動進行的。工作參數主要指推力大小、推進劑的混合比。

液體火箭發動機的優點是比沖高（25O～5OO秒），推力范圍大（單台推力在1克力～700噸力）、能反復起動、能控制推力大小、工作時間較長等。液體火箭發動機主要用作航天器發射、姿態修正與控制、軌道轉移等。

三、其他能源的火箭發動機

（一）電火箭發動機
電火箭發動機是利用電能加速工質，形成高速射流而產生推力的火箭發動機。與化學火箭發動機不同，這種發動機的能源和工質是分開的。電能由飛行器提供，一般由太陽能、核能、化學能經轉換裝置得到。工質有氫、氮、氬、汞、氨等氣體。

電火箭發動機由電源、電源交換器、電源調節器、工質供應系統和電推力器組成。電源和電源交換器供給電能；電源調節器的功用是按預定程序起動發動機，並不斷調整電推力器的各種參數，使發動機始終處於規定的工作狀態；工質供應系統則是貯存工質和輸送工質；電推力器的作用是將電能轉換成工質的動能，使其產生高速噴氣流而產生推力。

按加速工質的方式不同，電火箭發動機有電熱火箭發動機、靜電火箭發動機和電磁火箭發動機的三種類型。電熱火箭發動機利用電能加熱（電阻加熱或電弧加熱）工質（氫、胺、肼等），使其氣化；經噴管膨脹加速後，由噴口排出而產生推力。靜電火箭發動機的工質（汞、銫、氫等）從貯箱輸入電離室被電離成離子，然後在電極的靜電場作用下加速成高速離子流而產生推力。電磁火箭發動機是利用電磁場加速被電離工質而產生射流，形成推力。電火箭發動機具有極高的比沖（70O～250O秒）、極長的壽命（可重復起動上萬次、累計工作可達上萬小時）。但產生的推力小於10ON。這種發動機僅適用於航天器的姿態控制、位置保持等。

（二）核火箭發動機
核火箭發動機用核燃料作能源，用液氫、液氦、液氨等作工質。核火箭發動機由裝在推力室中的核反應堆、冷卻噴管、工質輸送系統和控制系統等組成。在核反應堆中，核能轉變成熱能以加熱工質，被加熱的工質經噴管膨脹加速後，以6500～1100O米／秒的速度從噴口排出而產生推力。核火箭發動機的比沖高（250～1000秒）壽命長，但技術復雜，只適用於長期工作的航天器。這種發動機由於核輻射防護、排氣污染、反應堆控制，以及高效熱能交換器的設計等問題未能解決，至今仍處於試驗之中。此外，太陽加熱式和光子火箭發動機尚處於理論探索階段。