通俗比较固体火箭和液体火箭的优缺点

固体火箭和液体火箭是因为燃料不同而区别的。两种火箭各有优缺点！

一、固体火箭

先说固体火箭，就是用固体火药为燃料的火箭。这种火箭最早可以追溯到中国古代的炮仗。很多网友说自己家的窜天猴和二踢脚就是固体火箭，这个说法还真没毛病。但是现代的固体火箭是一米以上直径，几米到几十米高的大家伙，使用更高效的固体火箭燃料（HTPB或PBAN）。它有以下几个优点：

1.推力大。固体火箭的推力比同尺寸液体火箭高很多。比如目前海平面推力最大的3.7米直径液体火箭，美国spaceX公司的猎鹰9号起飞推力680吨左右（通过九台发动机并联实现）。而美国的3.7米直径固体发动机推力可达1600吨，用做重型火箭SLS的助推器。印度3.2米直径固体助推器推力500多吨，也比中国长征五号3.35米直径液体助推器240吨（两台发动机并联）高很多。固体火箭适合当助推器使用，给火箭提供强大的起飞推力。

2.发射便捷。固体火箭生产时就可浇筑好燃料，发射前无需再加燃料。相对于液体发动机来说，发射时需要做的准备工作很少，可以说支起来就能发射。其准备发射的时间短，可以在短时间内发射，适合应急发射卫星和导弹。其机动性非常好，不必要到专门的发射场进行发射，可以车载机动发射和海上发射。固体火箭特别适合隐蔽设伏的导弹使用，机动性和隐蔽性好，战场生存能力强，震慑力也强。同时，固体火箭还可以在水下工作，适合制作潜射导弹。

3.结构简单。固体火箭发动机比液体发动机结构简单得多，无需复杂的内部结构，只需要结实的外壳里面弄好隔热层以后浇筑燃料。在燃料凝固以后，把燃料中心沿火箭轴向（长径方向，见示意图）挖出一条通道，在给药柱内部通道雕刻一定的形状（圆形或星型等），以便火箭点火后可以大面积快速稳定燃烧，形成强大的喷流。火箭尾部不是笨重而复杂的发动机，只是一个耐高温的喷管。也就是说，整个火箭就是一个发动机。这种简单的结构，研发起来要比液体发动机简单得多。相对来说，固体火箭研发成本要比液体火箭发动机低很多。

当然，固体火箭发动机也有缺点：

1.燃烧时间短，比冲小。固体发动机推力虽大，但燃烧时间特别短。单级固体火箭工作时间最长的也就2分钟多一点，对于发射卫星来说是远远不够的。比如长征五号乙火箭发射近地轨道飞船，一共使用了8分多钟，而长征五号发射地球同步轨道卫星用了2000多秒，也就是30多分钟。所以，固体火箭发射卫星，往往需要多级串联，一级烧完抛掉，下一级再接力。比冲小，也是固体发动机的一大缺点，后面讲液体发动机的时候再做详细比较。

2.推力不可调，燃烧不稳定。固体发动机一旦点火，中间不能熄火，也难以调整推力大小。这对于精准控制的太空发射来说是不利的，需要进行结构调整才能实现推力可调。目前只有导弹使用的固体发动机实现了一定程度的推力调整，但远不如液体发动机灵活机动。另外，固体火箭燃烧过程并不均匀，也不太稳定，到了后期推力很小，这些都是不可控因素。

3.燃料成本高，储存有风险。固体火箭的燃料成本要高于液体火箭，这是共识。另外，固体火箭在储存的过程中，要注意安全。毕竟是带药储存，一个不慎，可能成为大炸弹。还有，固体火药对空气湿度、温度等储存条件都有要求，且不能长时间储存，时间太长火药会失效。

二、液体火箭

再说说液体火箭，就是使用液体燃料的火箭，它需要专门的发动机推动。目前主要的液体燃料有偏二甲肼/四氧化二氮、煤油/液氧、甲烷/液氧、液氢/液氧。液体火箭的优点有：

1.发动机燃料比冲高。液体发动机的比冲一般都在300秒以上，液氢发动机比冲最高，最高能达到450秒左右。比冲高，通俗来讲就是喷火速度快，给火箭提供的反推效果更好。在起飞阶段，比冲高的优势不算太明显，但到了高空加速时，比冲高的优势就会很明显。各国发射高轨道卫星的火箭最后一级都喜欢用液氢液氧发动机，因为目前液氢燃烧的最高。（等离子发动机比冲超过了液氢燃烧，但目前推力太小不适合做火箭发动机）。

猎鹰9号火箭第二级使用煤油发动机，虽然降低了成本，但它地球同步转移轨道（GTO）的运力也打了折扣。在近地轨道（LEO）运力跟长征五号乙差不多的情况下，地球同步转移轨道运力只有5.5吨，就算火箭一级不回收也只有8.3吨。长征五号的地球同步转移轨道运力达到14吨。这跟煤油发动机比冲小不无关系。而固体发动机往往小于300秒（280秒算是比较高的了），比所有的液体发动机都小，显然有一定的局限性。

2.推重比大。液体火箭，推重比远远高于固体火箭。固体火箭虽然推力大，但运力却不大，主要原因就是推重比小，同样重量的固体火箭运力远小于液体火箭（详见东城观星的火箭系列视频）。所以，已有的重型火箭都是以液体发动机为主，还没有一个以固体发动机为主的重型火箭。固体发动机可以做助推器，在起飞阶段提供助力，一旦飞到高空还是液体发动机优势大。

3.推力可调，关机和启动灵活。液体发动机通过流量调节可以实现推力调节，甚至可以实现大幅度调节推力。像我国嫦娥三号和嫦娥四号使用的液体发动机就可以实现大幅度推力调节，成功实现了月面软着陆。此外，液体发动机可以中途关机，滑行一段时间以后可以再点火。这对于高轨道发射和航天器轨道调节来说非常重要。

4.燃料成本低，回收再使用优势大。液体发动机燃料成本比较低，像煤油和甲烷成本都是很低的，比固体燃料便宜很多。液体火箭发动机研发和生产成本都是比较高的，但如果实现回收再利用，则成本优势就会很明显。目前美国spaceX公司已经可以稳定回收第一级火箭了，其发动机经过简单的维护后可以再次投入使用，大大降低了发射成本。固体火箭目前只有航天飞机的固体助推器实现了伞降回收，经过休整也可以实现再利用。但固体火箭的回收再利用成本效应并不明显，可以说节省不了太多的费用（毕竟只回收一个外壳，内部还需要大修才能使用）。

液体发动机的缺点主要是研发成本高、发动机结构复杂、生产成本也高。固体发动机通过增加半径就可以实现推力快速提升，虽然有一些困难但相对较小。而液体发动机想提高推力，工程技术、结构、材料等方面都要复杂得多。相对于固体发动机来说，液体发动机的故障率也略高一些。还有就是，液体火箭准备起来复杂一些。每次发射都要临时灌装燃料，发射准备时间长，发射场需要建设大量的管路，需要很多的工作人员，可以说发射准备成本比较高。

本人也制作了相关视频，里面有更详细的数据，大家可以相互印证，增加认知。