[科普中国]-真空比冲

性质

比冲(specificimpulse)：比冲是动力学家衡量火箭引擎效率的一种标准量，它是火箭产生的推力乘以工作时间再除以消耗掉的总燃料质量。如果力和质量都用千克，比冲量的单位就是秒。可以理解为火箭发动机利用一公斤燃料可以持续多少秒一直产生一公斤的推力。

比冲越高，火箭的总动力越大，最终的速度越快，典型的固体火箭发动机的比冲量可以达到290秒，液体火箭主发动机的比冲则是300至453秒。

比冲的定义详见：

真空比冲大于大气比冲的原因是因为真空中大气压强远远低于地面环境中的压强。

火箭发动机的推力可以分为两个部分，喷出气体在喷管中膨胀时对火箭发动机喷管的反作用力，以及在喷管外喷出气体和外部气体压强差引起的气体膨胀对火箭的作用力。
火箭推力的计算公式如下:

式中：M是火箭喷出气体的质量，V是喷出气体的速度，S是喷管面积，P是喷出气体的气压压强，Pa是外部气压压强。

在大气层中压强Pa总是有一个数值的，而在真空中该数值几乎为0，所以真空中的火箭发动机，推力必然大于大气层中推力。

比冲的计算公式如下：

表示在发动机工作时间 内消耗的推进剂质量。

根据以上公式，比冲随着推力的增加而增加，因此真空比冲要大于大气比冲。

几款火箭发动机的真空比冲RS-68火箭发动机，其改进型号RS-68A的海平面比冲为359秒，真空中比冲为 412s（4.04 km/s）。

YF77火箭发动机，喷管面积比49:1，真空比冲430s。

RS68火箭发动机，真空比冲是410s。

“火神”运载火箭发动机，真空比冲是431s。