下载掌阅APP，畅读海量书库
立即打开
排气速度是衡量火箭发动机效率的标准之一，即燃料中储存的总化学能中最终转化为火箭运动的部分。拉瓦尔喷管大幅提高了火箭的排气速度——使之成为超音速（比音速还快），从而将发动机效率从仅有的百分之几提高到超过60%。考虑到火箭看起来是多么的嘈杂和低效，这个数字高得令人吃惊。
你还可能会遇到另一个衡量火箭效率的标准，那就是“比冲量”（specific impulse），在此不过多赘述，简单地解释一下就是发动机在单位时间内单位质量的燃料燃烧时提供的“推力”总量。推力是由火箭喷出的向上的力，它与因火箭自身质量而产生的向下的重力相抗衡。如果火箭要起飞，那么推力的大小必须超过其重量的大小。
当你准备将自己发射上太空时，你正处在一场大爆炸的前夕。
——莎莉·赖德
美国航天员和物理学家
火箭很可能会配有一个十分低效（即低比冲量和低排气速度）的发动机，但它仍能提供足够的推力助火箭起飞（即使它的低效率意味着它走不远）。反过来说，有些十分高效的发动机虽然充分地利用了燃料，但却没有足够的推力来克服地心引力，从而使火箭真正起飞。
其中一类这样的火箭发动机被称为离子发动机。它们不是利用燃烧释放的化学能来制造高速排气流，而是依靠电场将带电的燃料颗粒加到极快的速度——50000米/秒，这比传统火箭高出十倍以上。然而，离子发动机喷射出这些颗粒的速度很慢，因此产生的推力非常微弱，在地球的重力作用下，它们仅能举起几克的重量，这与它们自身的重量相差甚远。
图2-4 离子发动机
读到这里，你可能很好奇，离子发动机到底有什么用呢？事实证明，离子发动机的高效率在远离行星体强大引力的外太空派上了用场。离子动力航天器在传统火箭的助推下进入太空，缓慢而有计划地消耗着燃料，就这样度过了数周、数月，甚至数年的时间，从相对较小的燃料质量中逐渐积累起巨大的△ v ，使其能够在广袤空旷的外太空中远行。
1998年，NASA的“深空1号”（Deep Space 1）技术测试任务从地球上发射了一枚“德尔塔”Ⅱ型火箭，这是一枚液体燃料火箭，带有三个固体火箭助推器。火箭进入太空后，启动了一个离子发动机，开启了它的太阳系之旅。它飞越了一颗彗星和一颗小行星，并传回了这两颗星球的图片和科学数据。在为期三年的任务中，这枚火箭的离子发动机以4000米/秒的速度改变了自身的飞行速度，只用了不到74千克的氙气燃料。
我的天啊，那东西起飞了！
——埃隆·马斯克（Elon Musk）
科学家们目前正在开发新的发动机技术，使火箭能够达到更高的排气速度，即几十万每秒或几百万米每秒。这些火箭基本上将齐奥尔科夫斯基一百多年前的原始设想进行了细化加工，并变为了现实，它们可以为航天器提供动力，使人类有朝一日能够探访太阳系的最远端，甚至到更遥远的地方。