同空气喷气发动机相比较，火箭发动机的最大特点是：它自身既带燃料，又带氧化剂，靠氧化剂来助燃，不需要从周围的大气层中汲取氧气。所以它不但能在大气层内，也可在大气层之外的宇宙真空中工作。这是任何空气喷气发动机都做不到的。目前发射的人造卫星、月球飞船以及各种宇宙飞行器所用的推进装置，都是火箭发动机。
现代火箭发动机主要分固体推进剂和液体推进剂发动机。所谓“推进剂”就是燃料（燃烧剂）加氧化剂的合称。
1、固体火箭发动机
固体火箭发动机为使用固体推进剂的化学火箭发动机。固体推进剂有聚氨酯、聚丁二烯、端羟基聚丁二烯和硝酸酯增塑聚醚等。
固体火箭发动机由药柱、燃烧室、喷管组件和点火装置等组成。药柱是由推进剂与少量添加剂制成的中空圆柱体（中空部分为燃烧面，其横截面形状有圆形、星形等）。药柱置于燃烧室（一般为发动机壳体）中。在推进剂燃烧时，燃烧室须承受2500~3500℃的高温和102~214Pa的高压力，所以须用高强度合金钢、钛合金或复合材料制造，并在药柱与燃烧内壁间装备隔热衬。
点火装置用于点燃药柱，通常由电发火管和火药盒（装黑火药或烟火剂）组成。通电后由电热丝点燃黑火药，再由黑火药点火燃药柱。药柱燃烧完毕，发动机便停止工作。
喷管除使燃气膨胀加速产生推力外，为了控制推力方向，常与推力向量控制系统组成喷管组件。该系统能改变燃气喷射角度，从而实现推力方向的改变。
固体火箭发动机与液体火箭发动机相比较，具有结构简单，推进剂密度大，推进剂可以储存在燃烧室中常备待用和操纵方便可靠等优点。缺点是“比冲”小（也称比推力，是发动机推力与每秒消耗推进剂质量的比值，单位为秒）。固体火箭发动机比冲在250~300s，工作时间短，加速度大导致推力不易控制，重复启动困难，从而不利于载人飞行。
固体火箭发动机主要用作火箭弹、导弹和探空火箭的发动机，以及航天器发射和飞机起飞的助推发动机。其结构原理及外形见图6—19。
2、液体火箭发动机
液体火箭发动机是指液体推进剂的化学火箭发动机。常用的液体氧化剂有液态氧、四氧化二氮等，燃烧剂有液氢、偏二甲肼和煤油等。氧化剂和燃烧剂必须储存在不同的储箱中。液体火箭发动机一般由推力室、推进剂供应系统和发动机控制系统组成。
推力室是将液体推进剂的化学能转变成推进力的重要组件。它由推进剂喷嘴、燃烧室和喷管组件等组成，见图6—20。推进剂通过喷注器注入燃烧室，经雾化，蒸发，混合和燃烧等过成生成燃烧产物，以高速（2500~5000m/s）从喷管中冲出而产生推力。燃烧室内压力可达200个大气压（约200MPa）、温度3000~4000℃，故需要冷却。
推进剂供应系统的功用是按要求的流量和压力向燃烧室输送推进剂。按输送方式不同，有挤压式（气压式）和泵压式两类供应系统。挤压式供应系统是利用高压气体经减压器减压后（氧化剂、燃烧剂的流量是靠减压器调定的压力控制）进入氧化剂、燃烧剂贮箱，将其分别挤压到燃烧室中。挤压式供应系统只用于小推力发动机。大推力发动机则用泵压式供应系统，这种系统是用液压泵输送推进剂。
发动机控制系统的功用是对发动机的工作程序和工作参数进行调节和控制。工作程序包括发动机启动、工作和关机3个阶段，这一过程是按预定程序自动进行的。工作参数主要指推力大小、推进剂的混合比。
液体火箭发动机的优点是比冲高（250~500s），推力范围大（单台推力在1克力~700吨力）、能反复启动、能控制推力大小、工作时间较长等。液体火箭发动机主要用作航天器发射、姿态修正与控制和轨道转移等。
3、电火箭发动机
电火箭发动机是利用电能加速工质，形成高速射流而产生推力的火箭发动机。与化学火箭发动机不同，这种发动机的能源和工质是分开的。电能由飞行器提供，一般由太阳能、核能和化学能绎转换装置得到。工质有氢、氮、氩、汞和氨等气体。
电火箭发动机由电源、电源交换器、电源调节器、工质供应系统和电推力器组成。电源和电源交换器供给电能；电源调节器的功用是按预定程序启动发动机，并不断调整电推力器的各种参数，使发动机始终处于规定的工作状态；工质供应系统则是贮存工质和输送工质；电推力器的作用是将电能转换成工质的动能，使其产生高速喷气流而产生推力。
按加速工质的方式不同，电火箭发动机有电热火箭发动机、静电火箭发动机和电磁火箭发动机的3种类型。电热火箭发动机利用电能加热（电阻加热或电弧加热）工质（氢、胺和肼等），使其气化；经喷管膨胀加速后，由喷口排出而产生推力。静电火箭发动机的工质（汞、铯和氢等）从贮箱输入电离室被电离成离子，然后在电极的静电场作用下加速成高速离子流而产生推力。电磁火箭发动机是利用电磁场加速被电离工质而产生射流，形成推力。电火箭发动机具有极高的比冲（700~2500s）、极长的寿命（可重复启动上万次、累计工作可达上万小时），但产生的推力小于100N。这种发动机仅适用于航天器的姿态控制、位置保持等。
4、核火箭发动机
核火箭发动机用核燃料作能源，用液氢、液氦和液氨等作为工质。核火箭发动机由装在推力室中的核反应堆、冷却喷管、212质输送系统和控制系统等组成。在核反应堆中，核能转变劂热能以加热工质，被加热的212质经喷管膨胀加速后，以650011000m/s的速度从喷口排出而生产推力。核火箭发动机的比冲高（250~1000s）寿命长，但技术复杂，只适用于长期工作的航天器。这种发动机由于核辐射防护、排气污染、反应堆控制，以及高效热能交换器的设计等问题未能解决，至今仍处于试验之中。
此外，太阳能加热式和光子火箭发动尚处于理论探索阶段。
三、探索中的核动力火箭
在中国古代的神话中，孙悟空一个筋斗能飞十万八千里，可以说是速度快到了极致。在现实中，百米世界纪录的保持者博尔特也在不断地挑战着人类速度的极限，希望能够使自己奔跑的速度更快。研究火箭的科学家们同样也在努力使宇宙飞船拥有更快的速度。
早在20世纪初期，“航天之父”齐奥尔科夫斯基曾说：“一吨重的火箭只要用一小撮镭，就足以挣断与太阳系的一切引力联系。”
为了实现齐奥尔科夫斯基的预言，为了向更遥远的浩瀚宇宙进发，科学家—直都潜心研制那种能长时间高速运行的运载工具一核火箭。
核火箭，就是用原子核裂变或聚变的热能，加热氢等推进剂，使其以高速喷出从而产生动力的运载火箭。利用核能作为火箭的动力装置，如今已不再是幻想。
其实，早在20世纪50年代末，美国科学家就开始了以核脉冲推动火箭前进的研究。当时，设计者们计划建造一艘“奥利安”号宇宙飞船飞往天狼星。科学家大胆设想，采用核脉冲推进，实际上就是每隔几秒钟爆炸一颗小型氢弹，用爆炸的冲击波推动火箭前进，其威力足有10万千克黄色炸药那么大。
据悉，如果采用核脉冲推进，10天内就可以将宇宙飞船的速度提高到10000千米/秒，280年就可以到达距地球8.7光年之遥的天狼星。遗憾的是，这一计划目前还处于研究阶段。
到了20世纪70年代，科学家设计了核动力火箭，有两级燃料箱，在零下270CjC的低温下，将氦—3等热核反应物质混合制成直径2~4厘米的小球，在第一级燃料箱中放460万千克，在第二级燃料箱中存放40万千克。
在发动机工作时，每秒钟依次向燃烧室发射250颗燃料小球。在第一颗燃料小球射入的时候，喷管周围的几十个电子束发生器射出电子束，一起轰击核燃料小球，氦一3等核燃料发生频率为250次/秒的核聚变反应，瞬间产生巨大的能量，推动火箭高速向前飞行。当第一级火箭工作完毕后会自动脱落，第二级火箭继续工作，这两级火箭可工作近4年的时间，能使火箭达到36000千米/秒的速度。可见，核火箭的速度比化学火箭、电火箭、太阳能火箭的速度要快得多。一般来说，化学火箭到达火星至少要500天的时间，而核火箭只要150天就足够了。然而，用核能来推动火箭，目前尚存在着许多技术难点。其中最关键的是，如何控制核裂变或核聚变的速度，并使其产生的热能去加热介质氢，使氢加热到几千摄氏度的高温后高速喷出。
安全问题也是应用核火箭面临的一个难题。如何保护宇航员的生命安全及火箭、飞船等各种设备的正常工作；如何防御突然遇到的撞击；核火箭返回着陆时，会不会引起核爆炸等，这都是人们普遍关心的问题。
（第三节）火龙家族
当今世界航天火箭家族人丁兴旺，种类繁多，性能不一，但其基本原理和主要功能则有着相同之处，接下来介绍几种典型的航天火箭。
一、火龙升腾的“东方”号
“东方”号运载火箭系列是前苏联研制的世界上第一个航天运载火箭系列，也是世界上运载火箭系列发射次数最多的一个。它开创了人类航天的新世元，为前苏联创造了航天史上的多个“世界第一”：“东方”号系列运载火箭发射了世界上第一颗人造地球卫星、第一个月球探测器、第一个金星探测器、第一个火星探测器、第一艘载人飞船、第一艘3名乘员的载人飞船、第一艘无人货运飞船等。
“东方”号系列运载火箭主要包括有：“卫星”号、“月球”号、“东方”号、“上升”号、“联盟”号、“进步”号、“闪电”号等。后四种火箭又构成了“联盟”号子系列，其中“上升”号火箭是“联盟”号的初始型，
“进步”号是“联盟”号用于发射无人货运飞船的基本型，“闪电”号是三级“联盟”号火箭的别名。
“联盟”号分为二级型（包括“上升”号、“进步”号和二级“联盟”号）和三级型两种。二级型“联盟”火箭是在两级火箭上加4个助推器，全长49.52米，芯级最大直径10.3米，起飞质量约3lO吨，运载能力近地轨道为7200千克。1963年11月16日首次发射，将“宇宙”22号侦察卫星送人轨道，次年将两艘“上升”号飞船送人轨道，1967年才首次发射“联盟”号飞船（可惜飞船在返回途中，降落伞未能打开，航天员科马洛夫不幸牺牲）。“联盟”号火箭一直在频繁使用，主要发射侦察卫星、“联盟”号飞船、“进步”号货船和其他各种卫星，每年大约发射40次。1970年之后20年，发射近600次，成功率达97.9%。
“闪电”号运载火箭是前苏联第一种三级运载火箭，它因发射“闪电”号通信卫星而得名，是三级“联盟”号运载火箭的一种构型，现已成为三级“联盟”号运载火箭的代称。它的全长43.4米，底部最大直径为l0.3米，起飞质量306吨，可将质量为1600千克的“闪电”卫星送入高度为400/40000千米、倾角为65°的大椭圆轨道。1961年2月12日发射了世界上第一颗金星探测器，1962年11月1日发射了世界第一颗火星探测器，后来又成功发射月球探测器以及其他型号卫星和预警卫星。1986年“联盟”号和“闪电”号运载火箭进入世界商用发射服务市场。
二、庞大身躯的“质子”
“质子”号火箭是前苏联于1961年开始，历时5年研制成功的大型航天火箭。由于火箭第一次发射时携带的载荷为“质子—1”号科学实验卫星，所以，该火箭就被命名为“质子”号航天火箭。
“质子”号是目前世界上运载能力最大的火箭之一。其基本结构有二级火箭、三级火箭、四级火箭等三种型号之分，其中最大的四级“质子”号运载火箭，可将21吨重的有效载荷送人地球同步转移轨道。在前苏联航天上历史上，“质子”号可谓劳苦功高，曾先后把“礼炮”号、“和平”号空间站和“金星”号、“火星”号、“韦加”号自动星际站及“荧光屏”号、“长虹”号、“地平线”号通信卫星都一一成功送进太空。
