从维京到维卡斯，用水降温的火箭，解密真实"水火箭"发动机原理

水火箭，看到这三个字，你应该马上就会想到那种可以一飞冲天的科学玩具，不过我们这里所说的“水火箭”可不是玩具，而是真正的火箭，是一种在欧洲使用多年，而现在印度也在使用的火箭发动机。

火箭不是喷火的吗？和水有什么关系呢？这就要从火箭发动机的运作机理说起了。真实的火箭发动机结构比较复杂，简单一点来讲大体由四个主要部分构成，分别是燃料罐、氧化剂罐、燃烧室和喷嘴。燃料罐里承载的燃料通常是液氢或煤油，而氧化剂罐则装载着氧化剂，当两者在燃烧室里混合之后，便会燃烧并喷射，从而推动火箭升空。

要摆脱地球引力的束缚，需要很大的力量，普通的燃烧肯定是不行，而要想让燃烧足够剧烈、让喷射足够暴力，就必须让进入燃烧室的燃料和氧化剂足够暴力才行，也就是说要给它们加压。

这对于早期的火箭发动机而言是有一定困难的，所采用的方法就是使用一个高压气罐，向燃料罐和氧化剂罐中吹入高压的惰性气体，迫使燃料和氧化剂快速喷出。当然，除了使用高压的惰性气体罐之外，还可以使用燃烧发生器制造高压燃气来完成这一任务。

后来，一种可以给火箭发动机加压的高科技产品出现了，它就是涡轮泵。

涡轮泵的工作原理大概是这样的：从燃料罐和氧化剂罐中出来的一小部分气体会先进入一个名为“预燃室”的地方混合燃烧，燃烧所产生的气体会推动一个高速涡轮，进而涡轮又会带动燃料泵和氧化剂泵转动，这两个泵会将燃料罐里的燃料和氧化剂罐里的氧化剂抽到燃烧室里混合，从而实现暴力燃烧，火箭便能在燃烧所产生的气体的推动下向上飞升了。

涡轮泵可以说是液体火箭发动机中，科技含量最高的零部件了。

但这个高科技产品在实际使用过程中有一个必须解决的问题，那就是温度。因为涡轮是由预燃室中产生的燃气推动的，而燃气本身的温度是很高的，长时间运行，涡轮是难以承受的。怎么解决这个问题呢？就是要想办法给涡轮降温。第一个办法就是让进入预燃室中的燃料过量，这样未燃烧的燃料就会气化，这个过程会带走热量，能够起到降温的效果。SpaceX使用的就是这种降温方法，所以才会喷出很多因不充分燃烧所产生的黑烟。

第二种方法是让进入预燃室的氧化剂过量，这同样也能实现降温，保护涡轮。

而第三种降温方法就是直接用水了，代表作就是欧洲的阿丽亚娜火箭所使用的维京火箭发动机，这种发动机直接将水喷向涡轮实现降温，所以很多人将其戏称为“水火箭”。这种水火箭在欧洲服役的时间长达24年，虽然现在阿丽亚娜火箭已经不再使用这种用水降温的维京发动机，但这项技术又被印度人拾了起来，印度所研发的维卡斯发动机与维京发动机在外观上极为相似，而实际上也的确是参照维京发动机的技术原理制造的。

其实并不是所有的火箭发动机都一定要设法降温，有一种火箭就不需要，它就是有着“电子火箭”之称的RocketLab。

这款火箭使用电池来驱动两个燃料泵，省去了燃气推动的涡轮，自然也就不需要降温了。也就是说所谓的电子火箭，其实只有燃料泵是电驱的，而且这种设计并没有任何实质性的优势，推重比很低，只能算是一种有趣的尝试吧。