由于火箭推进剂泄漏，原计划于6月11日由SpaceX猎鹰9号火箭和龙飞船执行的商业载人航天任务Ax - 4太空发射计划推迟。目前SpaceX公司正在进行归零处理，待火箭修复且有合适发射场后会公布新发射日期。

说起推进剂，你的脑海中是否会瞬间浮现出火箭升空那震撼人心的画面？伴随着震耳欲聋的轰鸣声，一团炽热的火焰从火箭尾部喷涌而出，像一股“神秘力量”。在这股力量的推动下，这个庞然大物不仅稳稳地挣脱了地球的引力束缚，直刺苍穹，更是风驰电掣般地达到了第一宇宙加速度！没错，这就是火箭推进剂。

现在，让我们一起深入揭秘航天领域里的化学知识——火箭推进剂。

一、推进剂：推着火箭上天的“烈焰毒师”，“火箭的血液”‌

在动力能源的使用方面，汽车依靠汽油作为动力来源，飞机以航空煤油为燃料，同样的道理，火箭需要采用推进剂。

推进剂，也被称作推进药，属于一类特殊的化学物质。在燃烧过程中，它能够迅速释放出大量的高温气体。这种特性使得推进剂在军事和航天等领域具有重要用途，常被用于发射枪炮的弹丸、火箭以及导弹等各类发射体。

推进剂、炸药和燃料在某些方面存在相似性，它们都可以通过燃烧的化学反应来释放能量。然而，它们在燃烧条件上有着显著的差异。燃料在燃烧时，必须依赖空气或氧气作为助燃剂，才能维持燃烧过程；而推进剂和炸药则不同，它们自身具备燃烧所需的氧化剂，不需要外界提供氧气，在相对独立的环境中也能够实现燃烧并释放能量。

二、火箭推进剂的分类

从物理形态的角度划分，火箭发动机所使用的推进剂存在两种形式，分别为液态和固态。当燃烧剂和氧化剂均呈现液体形态时，这种推进剂被称作液体火箭推进剂；而当二者都呈固体状态时，则被叫做固体火箭推进剂。液体火箭推进剂还可进一步细分。依据组元数量的不同，它能划分为单组元推进剂和多组元推进剂；按照推进剂储存性能，又可分为常规推进剂和低温推进剂。

1、固体推进剂

20世纪前，中国古代发明黑火药，成为世界上最早的火箭推动剂，其反应原理可用化学方程式表为S+2KNO₃+ 3C = K₂S + N₂↑ + 3CO₂↑。

到了20世纪40年代，国际上一些国家相继研制出不同类型的火箭推进剂。首先是高氯酸钾（KClO₄）和沥青的复合推进剂，随后又有第二代复合推进剂，其成分包含聚硫橡胶[(CH₂CH₂S₄)ₙ]、高氯酸铵（NH₄ClO₄）以及铝粉（Al）。其中高氯酸铵的分解反应原理为：2NH₄ClO₄= N₂↑ + Cl₂↑ + 4H₂O + 2O₂↑，此反应分解产生的 Cl₂和 O₂会将聚硫橡胶、铝粉氧化，而铝粉在氧化过程中会快速放出大量热量，这一热量又会引发高氯酸铵进一步分解，从而推动火箭升空。

固体火箭发动机测试

进入20世纪50年代，科研人员又成功研制出了以高分子材料制成的固体推进剂，这些高分子材料包括聚氯乙烯、聚氨酯、聚丁二烯－丙烯酸、聚丁二烯 - 丙烯酸 - 丙烯腈、端羧基聚丁二烯等。

2、液体推进剂

相对于固态推进剂而言，液体推进剂的发热量要大得多。这一特性使得火箭能够获得更大的推力和更快的飞行速度。

20世纪20年代，国际上有一些国家开始研究煤油-液氧这种液体推进剂。到了1940年，德国的V-2火箭所使用的推进剂是酒精和液氧，其反应原理为：C₂H₅OH + 3O₂= 2CO₂↑+ 3H₂O。

20世纪60年代，液氧、四氧化二氮（N₂O₄）、液氢（H₂）以及混肼等液体推进剂开始投入使用，这些推进剂具有相对容易存储的特点。

液体火箭发动机

其中，偏二甲肼（C₂H₈N₂）与四氧化二氮在常温条件下，只要相互接触便会剧烈燃烧，进而产生巨大推力，执行神舟十九号发射任务的“长征二号F”运载火箭，采用的推进剂就是这两种物质。它们发生反应的化学方程式为：C₂H₈N₂+ 2N₂O₄= 2CO₂↑ + 3N₂↑ + 4H₂O 。另外，四氧化二氮和肼（N₂H₄）接触后会自燃，其反应的化学方程式为：N₂O₄+ 2N₂H₄= 3N₂↑ + 4H₂O 。

3、单组元推进剂和多组元推进剂

单组元推进剂是指仅由一种物质构成或虽由多种物质组成但可视为单一体系的推进剂。这类推进剂通常具有使用方便、系统简单的优点。常见的单组元推进剂有过氧化氢（H₂O₂）和肼（N₂H₄）等。过氧化氢在催化剂的作用下会分解成水和氧气，释放出大量的热和气体，从而产生推力，其分解反应为2H₂O₂ = 2H₂O + O₂↑。肼在一定条件下能分解产生高温燃气，提供推力。单组元推进剂常用于姿态控制发动机等对系统简单性要求较高的场合。

液氢储罐

多组元推进剂则是由两种或两种以上的组元组成，一般包括燃料和氧化剂。多组元推进剂能通过不同组元的组合和配比，满足不同火箭任务对能量、性能等方面的要求。例如上述提到的煤油 - 液氧、酒精 - 液氧、液氢 - 液氧等都属于多组元推进剂。液氢 - 液氧推进剂具有很高的比冲（衡量推进剂性能的重要指标），能为火箭提供强大的推力，被广泛应用于大型运载火箭的上面级等。多组元推进剂的化学反应更为复杂，需要专门的输送和混合系统，但能实现更高的性能。

4、常规推进剂和低温推进剂

常规推进剂在常温、常压条件下可以长期储存不变质，也称为可储存推进剂，如偏二甲肼、航天煤油以及四氧化二氮等。

低温推进剂通常是指在常温下为气态，需要在极低温度下才能保持液态的推进剂，主要包括液氢（H₂）和液氧（O₂）。

低温推进剂球罐

液氢具有极高的比冲，是一种非常理想的火箭燃料。它的能量密度高，燃烧产物是水，对环境无污染。但液氢的沸点极低，为 - 252.87℃，这就要求在储存和使用过程中必须采用特殊的低温储存设备和绝热技术，以防止液氢的蒸发和泄漏。同时，液氢的制取和液化过程也需要消耗大量的能量和复杂的工艺。

液氧是一种强氧化剂，与液氢搭配使用能产生强大的推力。液氧的沸点为 - 182.96℃，同样需要低温储存。液氧在火箭发动机中与燃料混合燃烧，为火箭提供动力。低温推进剂的使用对火箭的设计和运行提出了很高的要求，包括低温容器的设计、推进剂的加注和管理、发动机在低温环境下的性能等方面。但由于其卓越的性能，低温推进剂在航天领域有着不可替代的地位，广泛应用于各类大型运载火箭和航天飞行器中，如美国的土星五号火箭、欧洲的阿丽亚娜系列火箭等都采用了液氢 - 液氧低温推进剂。

5、固体推进剂和液体推进剂优缺点

固体推进剂具有稳定性强的显著优势，它能够长时间存放在箭体之中，做到随时待命、随时使用。这一特性使得固体推进剂在对反应速度要求极高的军用武器和战略武器领域表现出色，特性像我国的战略武器东风- 41，以及各类潜射战略导弹，还有各种东风武器中的常规导弹等，都广泛采用固体推进剂。

不过，固体推进剂也存在一定的局限性。相较于液体推进剂，其运载能力相对较弱。在核弹尚未实现小型化或者箭体自身重量过大的情况下，液体推进剂就成为了更合适的选择。例如东风- 5 系列导弹以及绝大部分航天火箭，都采用液体推进剂。

液体推进剂的不稳定特性决定了它不能长时间储存在箭体内。在发射前，必须对其进行加注操作，这无疑大大增加了发射准备时间。然而，对于航天工程而言，这类项目往往需要数月时间来精心准备，更注重运载能力，所以液体推进剂的这一缺点几乎可以忽略不计。但需要注意的是，液体推进剂在火箭飞行过程中同样处于不稳定状态，这给火箭的燃料贮存以及稳定释放带来了巨大挑战。

三、推进剂的市场发展

在当今时代，全球航空航天技术正以惊人的速度发展。作为航空航天器关键动力源泉的推进剂行业，也随之展现出一派繁荣兴盛的发展态势。

依据GIR（Global Info Research）所发布的《2024 - 2030年全球航空航天推进剂行业发展报告》中的数据可知，2024年全球航空航天推进剂市场规模为95.3亿美元。并且，相关预测显示，在未来的几年里，该市场规模将会保持稳定的增长态势。随着航空航天技术持续进步以及市场需求不断扩大，航空航天推进剂市场规模极有可能进一步拓展。

当下，全球航空航天推进剂市场主要集中分布在北美、欧洲、亚洲等地区。其中，美国和中国等国家的航空航天事业发展势头迅猛，对推进剂的需求呈现出持续增长的趋势。与此同时，像印度、巴西等一些新兴市场国家的航空航天事业也在飞速发展，这为推进剂市场注入了全新的增长动力，带来了新的发展机遇。

全球航空航天推进剂市场的主要生产商涵盖了众多大型跨国公司以及一些地区性企业。这些企业凭借技术创新、产品质量以及售后服务等方面的优势展开激烈竞争，以此不断巩固自身在市场中的地位。与此同时，随着市场规模持续扩大，一些新兴生产商也开始崭露头角。

随着科技的飞速发展，航空航天推进剂行业将持续引入新技术和新材料，从而提升推进剂的性能与质量。举例来说，通过采用新型催化剂、添加剂等技术手段，能够提高推进剂的燃烧效率和稳定性；运用纳米技术、生物技术等，有望开发出新型环保型推进剂。

随着全球环保意识的日益增强，航空航天推进剂行业面临着更为严格的环保要求。在未来，环保型推进剂将成为市场的主导产品。这类产品会更加关注减少污染物排放、降低能耗等方面，以契合全球环保标准的规定。

随着航空航天事业朝着多样化和个性化方向发展，市场对航空航天推进剂的需求也变得更加多元化。未来，推进剂生产商需要更加重视对客户需求的研究与开发，提供更贴合客户需求的定制化产品和服务。

四、小结

汽车和飞机正朝着氢能、太阳能等环保新能源一路疾驰，而引领人类探索宇宙的火箭，也在全力寻觅更高效安全的新型推进剂。这些推进剂，既有常见的液氢液氧等化学推进剂，更有核动力推进、太阳风帆、反物质推进剂等前沿科技。

未来，人类遨游“星辰大海”或许就像开车出门一样轻松平常！

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