從第一次進入太空起，到現在已經過去了半個多世紀，但我們依然對火箭發射抱有萬般熱情，甚至前幾天的胖五發射時最佳觀景區人滿為患，因為它連接的是天地，通向的是星辰大海和未知。
但從1926年3月16日羅伯特·戈達德在麻省奧邦城發射的第一枚液體火箭（液氧和汽油）之后，人類的火箭技術在原理和燃料上并沒有太大的改變，即使到現在為止化學燃料火箭仍然是人類前往太空的主力，但火箭技術發展到現在，除了前往近地軌道化學火箭主力以外，星際航行真的局限太大了，難道就沒有更先進的燃料或者技術了嗎？
第一枚液體火箭發明者戈達德
關于火箭燃料
剛剛我們聊到了羅伯特·戈達德的第一枚火箭用的是液氧和汽油，其實最早的火箭應該算中國古代的黑火藥推進的火箭，因此在火箭領域里有固體火箭和液體火箭兩種！
固體火箭：燃料中含有氧化劑，比如最早的就是黑火藥
液體火箭：燃料和氧化劑是分離的，兩者在燃燒室相遇點燃
當然黑火藥現在僅僅是用在俗稱二踢腳的炮仗上了，再也么有人將它用在火箭上。固體推進劑就是氧化劑、燃料（可燃劑）和其他添加劑組成的固態混合物，按配方可分為單基推進劑、雙基推進劑、復合推進劑、改性雙基推進劑等，或者按能量水平分為低能、中能和高能推進劑，或者有煙無煙推進劑（導彈這方面比較講究）
固體火箭的燃料常常也作為導彈的燃料，比如PBAN推進劑就被民兵III和航天飛機的固體助推器使用，法國的M4導彈用的CTPB推進劑，我國的巨浪-1也用CTPB復合推進劑！ 法國的M51使用的是高能NEPE推進劑，當然高能推進劑作為助推器再合適不過！
液體燃料則最早是汽油與液氧，或者酒精液氧，或者液氧與煤油，或者硝酸與烴類，當然還有我國除了長九與長五以外用的最多的是化二氮與偏二甲肼等，除了燃料不同以外還有不同的燃料供應方式（比如渦輪泵，早期是擠壓式）以及不同的燃燒循環（比如膨脹循環和分級燃燒循環）等，當然這些結構都對火箭的比沖和推力都有非常大的區別，但本質上并沒有太大的差異！
關于推力和比沖
上文說的推力和比沖都是火箭發動機有兩個非常關鍵的指標，很多人搞不清楚推力和比沖之間的關系，認為發動機推力越大越好，我們以當年的土星五號第一級火箭F1發動機和俄羅斯最牛逼的RD180發動機為例
F1單臺推力6672.333千牛，比沖260秒，
RD180單臺推力4151.9千牛，比沖311秒
F1發動機
看起來F1的推力秒殺了RD180，但大家都知道RD180比F1發動機要先進得多， 我們可以這樣來理解比沖，即單位燃料產生同樣的推力，比沖高的要持續得更久，簡單的說兩臺發動機，如果推力一樣，比沖高的明顯省節省燃料。
如何提高推力和比沖？
F1發動機和RD180都是煤油機，F1是燃氣發生器循環，RD180是高壓分級燃燒循環，當然它們的比沖讓這高下立分，F1發動機是阿波羅登月時期的杰作，到現在已經過去了半個世紀，而最NB的煤油機比沖仍然只有進步了不到100S（RD180是前蘇聯的產物，到現在仍然神一樣的存在），因此在結構和燃燒方式上的進步是有天花板的，比如在大氣層內工作的渦扇發動機可以輕易達到3000S以上
渦輪噴氣-沖壓-火箭的空天發動機
所以改變工作機制是最快的捷徑，將0-60千米內的工作階段切換成利用大氣層內氧氣的工作方式，那么輕易的就可以將煤油機的比沖從300多秒提高到2000秒以上，再不濟1000S也是火箭望其項背一樣的存在，在60千米以上的高空則切換到火箭模式，那么至少在這段時間內比沖可以大大增加，但到了太空還是會存在極大的局限性，因此必須要有一種革命性的機制來替代化學燃料。
- 離子電推和霍爾電推
前者比沖比后者高，但后者推力更大，這種發動機原理也不復雜，“燃料“電離后將離子和電子分離，比較重的離子在電場下加速向后導出，根據作用與反作用定律，飛行器將會獲得一個向前的推力，而電子則從電子槍或者以發動機加速的模式與離子中和，避免發動機電荷積累！
離子電推的噴氣速度比化學火箭噴氣速度高成百上千倍以上，因此這種發動機比沖極高，可以達到3000S以上，VASIMR則可以達到30000S以上，對于化學火箭來說碾壓的，但它們的推力極小，化學火箭以千牛計，離子發動機以毫牛計！可惜兩者從原理上來說完全不能相通，無法做到高推力與高比沖兼顧！
- 使用高能燃料
兩條路子，一條是增加燃料密度，比如全氮陰離子鹽，它的威力是TNT的10-100倍以上，這對固體助推器來說如何利用是一個問題，另外還有金屬氫，這個密度下能量密度非常可觀，但無論哪個難度都極大，特別是金屬氫，迄今為止尚未有機構制造出來過（各位相信哈佛大學物理學家把金屬氫弄丟了嗎？不如再造一塊？）。
美國宣布合成出金屬氫
另一條路子就是利用現有的核裂變技術，裂變材料裂變時的質量虧損轉換為能量，這種原子能的能量密度是化學材料無法比擬的，因此它的比沖將高達5000-10000秒（利用氣體堆芯），但它的后遺癥也是非常明顯的，放射性污染，或者潛在的放射性污染，即使我們設計的結構不會將放射性污染帶出噴氣口，那么它萬一故障墜毀呢？
所以這條路依然難以走通！
關于星際航行發動機
我們所說的星際航行可能是太陽系內的，時間一般為數月數年甚至數十年，如果是恒星際，那么可能是數百年甚至上千年，當然我們以現有的作用與反作用力原理的發動機類型為例！那么我們將會發現一個問題，即使發動機比沖再高，它所攜帶的介質總會有耗盡時候，而且極有可能的情況是燃料依然非常充足，但介質沒有了，比如離子發動機和核裂變發動機！
- 離子發動機：電能加速氙離子或者其它介質
- 核裂變發動機：裂變高溫加熱氣體或者其它介質
化學火箭發動機這種比沖只有幾百秒的渣渣就不考慮了，但在這種超高比沖的發動機上，將會裝載大量的介質，也就是所謂的工質，因此這會有一個問題，也就是《三體》中章北海極力推崇的無工質核聚變發動機，其實這還是有工質，只不過工質與燃料一體了，這對于長時間在深空工作的發動機意義非常大，因為只要攜帶燃料一種，不僅降低結構復雜度，也降低總裝質量。
- 不需要多余工質的發動機有嗎？
當然有，當前的暴力型在飛船屁股后面丟核彈的發動機就算不需要多余工質（其實化學火箭也是），或者《三體》直接用核聚變輻射推進型發動機，或者現實點EMDRIVER（無工質微波推進），這些都是不需要多余工質的發動機，但提供能量的的燃料明顯是少不了的，其中EMDRIVER是不丟棄質量，理論上來看是非常理想的發動機。但推力比離子電推還要小，實在夠嗆。
翹曲空間的曲速引擎則是最理想的發動機，因為它的原理將讓它不再受到光速的限制，完全可以在人類壽命內跨越銀河系甚至到達仙女星系，這是任何一種作用于反作用力發動機無法達到的，但很可惜，到現在為止還僅僅停留在想象中！
