1、液氧/汽油——第一枚液体火箭发动机的燃料

1926年3月16日，戈达德在马萨诸塞州的奥本发射了历史上第一枚液体燃料火箭。火箭采用液氧/汽油作为推进剂，全长约3米，发动机长0.6米。它与下面的两个串联推进剂罐相连，用两个1.5米长的细管在高压下将液氧和汽油挤进燃烧室。3月16日，戈达德、他的妻子和两名助手在沃德农场进行了世界上第一枚液体火箭的发射试验。虽然它只飞行了12.5米高，56.4米远，持续了2.5秒，但它是人类发射的第一枚液体火箭。

2、液氧/酒精的V2——希特勒孤注一掷的战争武器

V-2火箭的发动机使用液氧/酒精作为推进剂，推力高达2.5吨。推力室采用液膜冷却和蓄热式冷却，涡轮泵由高锰酸钠催化过氧化氢分解产生的高温空气驱动，在泵的压力下输送推进剂。利用酒精，可以利用酒精较高汽化的吸热作用，使冷却推力室的再生冷却方法有效。汽油/酒精和氧气(特别是气态氧气)容易获得且成本低，缺点是比冲低。

V-2火箭发动机

比冲：比冲，定义为每单位推进剂产生的冲量，是用来衡量火箭或飞机发动机效率的重要物理参数。10%的冲击差异意味着30%的承载能力差异。

3、冷战的宠儿——剧毒肼燃料

发动机在氧化剂中使用液氢、液氧或液氧成分，所有这些都有蒸发问题。因此，储罐不能完全封闭，否则随着温度的升高，低温液体会不断蒸发成气体，造成内压爆炸。事实上，就在发射前，液氢和液氧都被注入了火箭，从那以后，燃料箱一直在泄漏和放气，补充燃料并更换蒸发的部分(这就是发射过程中看到雾的原因)。如果军用战备火箭部队采用这种方式，很难保证日常管理、安全(防静电)、成本。

从战备要求较高的军用火箭的实际要求来看，早期的火箭发动机主要是肼、单甲基肼(MMH)、DMH、混合肼(50%肼50% DMH)和硝酸或NO中的氧化剂。

联氨：联氨在113.5时沸腾，在室温下呈液态，是科学家们最感兴趣的燃料之一。联氨在催化剂的作用下分解为氨气和氮气，放出热量。如果用氨解离控制氮、氢的吸热反应，最高可得到1650K的气体温度。联氨通常用作小推力姿态控制发动机。以肼为燃料的气体发生器也用于航天飞机的辅助动力装置涡轮泵，每台涡轮泵仅重40公斤，产生135马力。但是联氨本身不是很稳定。

unmh燃料。二甲基二甲肼也是剧毒的。采用硝酸或硫酸氮作为氧化剂。它具有较宽的液体温度范围和较高的能量性质。这是为了更方便的军事应用。但它并不是特定的。作为峰值质子火箭发动机的RD-253，其真空度仅为310S。由于氧化剂NO的颜色是红棕色，所以发射时的橙红色外观是它的显著特征。

质子火箭发射

(三)单甲基锌。MMH，专门用于姿态控制。沸点87.5，凝固点-52。与氧化剂NO接触自燃。可多次启动。MMH+NO双组分推力大。这解决了双氧水或肼催化的热分解姿态控制发动机低比冲和低推力的缺陷。航天飞机轨道机动系统(OMS) AJ10-190发动机，安装在垂直尾翼两侧，联合推力53.4千牛。X37B也使用这种燃料来改变轨道。

(IV)混合肼50:Aerozine50，也称为Aerozine50，是肼和二甲肼(UDMH)的50/50重量混合物。它是由通用航空喷气公司在20世纪50年代末开发的，能量高，广泛用作火箭燃料。联氨混合物比联氨更稳定，密度和沸点比UDMH单独高，提高了安全性。它也被允许用于发动机的循环冷却，使用氧化亚氮作为氧化剂。两者都在大力神火箭LR87上使用。

4、液氧煤油——成本低廉的环保燃料

煤油具有成本低、无毒环保、性能高等特点。它与液氧一起成为最好的伙伴。代表性发动机包括F1、RD170/180和spaceX Merlin系列发动机。缺点是：347秒的比冲远大于457秒差距的氢氧比冲；煤油燃烧会因不同程度的积碳而影响硫的再利用；煤油作为冷却剂受到焦化温度低的限制。目前，通过分段富氧燃烧提高燃烧室压力的方法已接近理论极限。苏联甚至通过冷却火箭燃料箱中的煤油，在很短的时间内实现了更高的密度。

土星五号的一级液氧煤油发动机F1

现在spaceX也在做同样的事情。2016年9月1日，在加注过程中，包裹在复合材料压力罐上的冷冻氧气和碳纤维发生剧烈反应，导致毁灭性爆炸。

5、液氢液氧——火箭燃料的皇冠

中国长征五号

由于长征五号的主发动机推进剂是液氢和液氧，长征五号又被称为“冰箭”，因为它储存的是-252的液氢和-183的液氧。齐奥尔科夫斯基提出，液体推进剂可以提供比固体推进剂更多的能量，并建议液氧/液氢是太空飞行的最佳推进剂。液氢和液氧燃料的缺点：液氢密度小，储罐容积大；液氢温度超低，易蒸发逸出，储物箱保温壳重量比高；优点是比冲高达457S，无碳积累，无污染，是多级火箭上级的最佳选择。冷战时期，美苏两国在研制大推力液氢-氧发动机方面都取得了突破性进展。至今，SSME和RD-0120仍然是发动机的优秀代表。冷战结束后，回归理性，注重效益，RS68采用燃气发生器循环，是目前世界上最大的氢氧发动机，具有30吨海平面推力和34吨真空推力。

6、液氧甲烷燃料——星际旅行特款

甲烷与液氧结合在很多方面是稳定的：

(1)比冲高：比冲365秒。

(2)基本不积碳：甲烷结焦温度为950K，煤油结焦温度为560K，基本可以避免使用碳氢燃料在结焦过程中积碳。

(3)导热性好，同时便于多次启动和可变推力调节。

但由于综合性能不如液氧煤油的高压二次燃烧循环，比冲效率不如液氢液氧，虽然做了大量的研发和试验，但直到星际旅行概念的兴起才受到重视。

星际旅行需要能够长时间重复使用的发动机和当地的燃料来源。液氧和甲烷有明显的优势。甲烷的沸点是-161度，液氧的沸点是-183度。两种理想工作温度更接近于空间环境温度。从理论上讲，较容易实现推进剂在空间的长期储存，属于空间可储存推进剂。此外，由于温度区域接近，两种推进剂的储存和保温可以采用相同的方案和技术手段，有利于系统的简化。罐体可底部合在一起，罐体之间不需要特殊保温，简化了罐体设计，降低了结构质量。spaceX公司的RAPTOR成功缩小了尺寸，室压为30MPa，真空推力为350T。

猛禽发动机缩放测试

7、其他另类的液体火箭燃料

液氟/液氢是比冲最高的双组份推进剂，可达480S，苏联采用RD-350研制，为UR700上级，三级推力350吨。然而，由于氟和氟的高毒性，应用过程非常成问题，迄今尚未在飞机上使用。20世纪60年代，美国洛克达因公司也用RL-10替代FO2(二氧化氟)/CH4燃料，研制出比冲击417s的发动机，同样因安全问题未被采用。

在液氢/液氧推进剂中加入轻金属(锂、铍或锂和铍的氢化物)也是可能的。轻金属与氧化剂反应产生高温，但要考虑毒性和成本。

火箭燃料内容来自：中国探月工程文章《火箭知识：火箭燃料——液体推进剂的研制与分类》