一、火箭的種類與構造
1．）固體火箭根據使用的推進劑種類，火箭可以分做固體火箭和液體火箭。
固體火箭使用固體推進劑。在固體火箭中，通常把燃料和氧化劑混合在一起，製成一種粉末，人們把它叫做火藥。固體火箭的構造和爆竹十分相似。它由有效載荷、儀器艙、裝有火藥柱的燃燒室、點火器、擋藥板、噴管和尾翼等幾部分組成。有效載荷可以是炸藥（彈頭），也可以是衛星、載人飛船等。
雙組元推進劑是把燃料和氧化劑分開的。燃料和氧化劑分別貯存在火箭的兩個貯箱裏，使用的時候分別輸送到火箭的燃燒室裏混合燃燒。雙組元推進劑種類繁多。最常用的燃料有酒精和煤油，最常用的氧化劑有硝酸和液氧。液氧是淡藍色的透明液體，它的沸點是－183℃，在常溫下很容易蒸發，所以在起飛前才往火箭的貯箱裏灌注。如果你有機會去發射場，可以看到，使用液氧的火箭豎立在發射台上的時候，它的周圍彌漫著一股股白色的霧。這些霧是空氣裏的水汽遇到低溫液氧以後凝結成的。
火箭推進劑的性能直接決定火箭的優劣。推進劑燃燒以後從噴管噴出的燃氣速度（一般叫噴氣速度）是衡量推進劑好壞的主要指標，噴氣速度越大，推進劑的性能越好。液氧加液氫的噴氣速度很高，在真空中可以達到每秒4．1千米，所以，它是一種高能推進劑。但是液氫的比重很小，貯箱尺寸要做得很大，增加了火箭的結構重量。另外，液氫的沸點比液氧更低，是－253℃，因此，使用液氧加液氫推進劑需要克服低溫技術的難關。
燃料箱和氧化劑箱在早期的液體火箭裏是獨立的兩個箱子。後來，人們把兩個貯箱連在一起，中間用一塊隔板隔開（叫做共底結構），進一步又把兩個貯箱的外殼和火箭的蒙皮合二為一。這樣，不僅省去了一個箱底，而且又省去了兩個貯箱的外殼，使火箭結構重量大大減輕。
貯箱裏的推進劑靠輸送係統送到火箭的燃燒室。最簡單的輸送方法是用貯存在氣瓶裏的壓縮氣體把推進劑壓到燃燒室裏去，這種方法叫做壓氣式輸送係統。這種輸送係統的結構比較簡單。但是，推進劑貯箱要承受很高的氣體壓力，結構強度要很高，同時，工作時間越長，所需要的壓縮氣體也越多，這就需要增加火箭的重量。所以大型液體火箭都不采用這種方法。
另一種方法是用渦輪泵把推進劑抽到燃燒室裏去，這種方法叫做渦輪泵輸送係統。用這種方法，推進劑貯箱可以做得很薄很輕。大型液體火箭都采用這種輸送係統。
燃燒室是火箭的心髒。燃燒室頂蓋上有許許多多小孔，叫做噴嘴。推進劑通過噴嘴，成霧狀噴入燃燒室，由點火器把它們點燃，變成高溫高壓燃氣，經過噴管膨脹後，以極大的速度噴出。
這種高溫、高壓和高速燃氣對燃燒室和噴管的內壁是一種極大的威脅，如果不采取特殊措施，壁麵很快就會燒穿。因此，通常采用一種叫做再生冷卻法，這就是把燃燒室和噴管壁麵做成內外兩層，中間有孔隙，可以流通推進劑。燃燒室工作的時候，先讓低溫燃料流進這種夾層的空隙，然後再流到噴嘴處。這樣，不僅可以冷卻燃燒室和噴管的內壁，使它們不至燒穿，而且燃料本身吸收了熱量，起到了預熱的作用，在燃燒室裏就能更充分地燃燒。
2．）液體火箭現代的空間運載火箭，都利用化學推進劑作為能源和工質。推進劑中包含可燃元素和氧化元素，當它們在火箭發動機的燃燒室內燃燒的時候，就釋放出大量的熱，產生高溫的燃氣，也就是化學能變成了熱能。接著，燃氣通過噴管膨脹加速，使熱能又轉變成動能。高速的燃氣噴射出去，對火箭產生反作用力，這就是火箭的推力。火箭在推力的作用下，能運載著人造衛星、宇宙飛船等空間飛行器，進入預定的軌道。
化學推進劑一般分為液體的和固體的兩種。目前大多數空間運載火箭使用液體推進劑。簡稱液體火箭；隻有一部分多級火箭中的上層火箭或者助推器采用固體推進劑，簡稱固體火箭。也有個別小型的運載火箭，幾級都用固體火箭，用來發射重量較小的人造地球衛星。
雖然目前的空間運載火箭都是多級火箭，但是多級火箭是由幾個單級火箭組合起來的。單級火箭是多級火箭的基礎，先要有可靠的單級火箭，才會有完善的多級火箭。因此，看一看典型的單級液體火箭的結構，就容易了解現代火箭的概貌。
一枚單級的液體火箭，如德國在第二次世界大戰末期製造的V－2火箭，主要應包括這樣幾個部分：第一，要有一台或幾台火箭發動機，用來產生必要的推力。第二，要有裝盛推進劑的貯箱。現在普遍采用所謂雙元推進劑，即構成推進劑的兩種液態物質（燃料和氧化劑），在進入燃燒室前要嚴格地分開，所以應當有單獨的燃料貯箱和氧化劑貯箱。第三，要有把推進劑從貯箱輸往燃燒室的輸送係統。燃燒室內的壓力高達2×106－7×106帕，要把推進劑送進去，就要用更高的壓力來輸送。現在一般采用兩個辦法，一是用高壓的氣體把推進劑擠入燃燒室，稱為氣壓式輸送係統；二是用渦輪泵來提高推進劑的壓力，稱為泵壓式輸送係統。前者使用在小型火箭上，後者使用在大型火箭上。第四，要有控製火箭飛行的製導係統。第五，要妥善地安置有效載荷，即火箭所運載的衛星或飛船座艙等。最後，第六，要有能把上述五部分連接起來並且承受外力的流線形外殼。當然現代的設計，往往把推進劑貯箱和火箭外殼組合在一起，構成不可分割的整體。
對於化學推進劑的火箭，不論液體的還是固體的，推進劑的重量要占整個火箭重量的80％以上，因此推進劑貯箱也幾乎占滿了整個火箭的容積。設計製造火箭的工人和科學技術人員，總是想盡一切辦法來減輕火箭的結構重量。這是因為運載火箭的任務，隻是把有效載荷送到空間的軌道，火箭結構的本身，在完成運載任務後，就沒有用處了，往往墜回大氣層內焚毀。如果能夠盡量減輕這部分結構的重量，那麼在同樣的起飛重量條件下，就允許增加有效載荷的重量；而在同樣的有效載荷條件下，就可能減小起飛重量。這樣對於節約火箭的成本，是很有好處的。
3．）多級火箭在中學物理課中，大家已經知道了炮彈的運動，在地球重力場的作用下，炮彈的飛行軌跡是一條拋物線；炮彈的出口速度（或稱初速度）V0越大，炮彈的射程就越大。而且又知道，要使炮彈射程最大，炮彈的發射角應該是45度。因此，炮彈運動的研究告訴我們：炮彈的射程是和炮彈的初速度和發射角這兩個因素有關的。
對於依靠火箭發動機推進的彈道式導彈來說，情況也是基本上一樣的，我們可以把火箭發動機工作，導彈不斷加速這個階段（稱為主動段）看成是炮彈在炮管中被加速的情況。就是說，我們想象成有一根與導彈主動段同樣長度的炮管，導彈就在這個炮管中被加速。因此，火箭發動機關車點炮彈的速度相當於炮彈的實速度。而這一點導彈的角度就相當於炮彈的射角。要控製導彈打得遠，打得準，就必須控製火箭發動機點導彈的速度和角度。我們已經講到，發射人造衛星和行星控測器也要求達到第一宇宙速度或第二宇宙速度。
那麼，采用了火箭發動機以後，導彈的速度最大能夠達到多大呢？一般來說，導彈的最大關機速度決定了它的最大射程。從理論上首先解決這個問題的是齊奧爾可夫斯基在假定沒有地球重力和空氣動力作用情況下，求出了火箭所能達到的最大理想速度，這個公式稱為火箭的理想速度公式。為什麼要加上理想兩個字呢？因為他研究的火箭的運動，沒有考慮地球的重力和空氣動力，是與真實情況有差別的，是一種理想簡單情況。
由於忽略了地球重力和空氣動力，所以作用在火箭上的力隻有火箭發動機的推力。根據牛頓第二定律：物體運動的加速度和它的質量的乘積等於作用在這個物體上的力，就是大家所熟悉的公式
F＝ma
F－作用在物體上的力；
m－物體的質量；
a－物體的加速度；
現在大家要注意，在研究火箭的理想運動時，F就是火箭發動機的噴氣反作用力，m是火箭的質量，它在飛行過程中是一個不斷變化的量，因為火箭中的燃料通過發動機燃燒，變成高溫、高壓的燃氣，然後以高速從尾噴管中排出。所以在飛行過程中，火箭的質量是不斷減小的，因此也可以把它叫做變質量物體的運動。
火箭發動機的噴氣反作用力通過動量守恒定律可以求得。它是單位時間內噴出的燃氣質量m（千克／秒）及噴氣速度u的乘積。由於在火箭發動機工作過程中，燃料消耗量等於燃氣的質量m，而且可以看成一個常數，噴氣速度u也隻與燃料和發動機的構造有關，在燃料和發動機確定的條件下，它也是一個常數。這樣，火箭的最終速度Vk，就是火箭在發動機工作時間內所得到的加速度的累加。這個速度當然與排氣速度有關，另外，還與火箭中裝載的燃料量有關，火箭中的燃料裝載量等於火箭的起飛質量Mo和燃料燒完時的質量Mk之差有關。齊奧爾可夫斯基的理想速度公式是：