大气中很多成分是氧气构成的，火箭为啥需要液氧？
既然大气中有21%是由氧气构成的，为什么火箭还需要液氧？
为什么火箭还需要液氧？毕竟气中有21%是由氧气构成的！
我们知道，火箭发射的时候都需要液氧当做氧化剂，但是我们大气中大约有21%是由氧气构成的，为什么我们不能直接利用空气中的氧气呢？
其实主要原因是大气不能提供足够快的氧气来支持像火箭发动机或烈性炸药这样的高能系统。比如为土星五号第一级提供动力的F-1火箭发动机每秒消耗1789公斤的氧气。在海平面上，它需要每秒注入1383立方米的空气才能得到那么多的氧气。如果纯依靠空气中的氧气是完全不够的。再加上79%的空气不是氧气，其余的空气将是高能燃烧，需要大量氧气。
因此在现实中，根本无法从空气中以足够快的速度给土星五号火箭提供足够的氧气来燃烧燃料。最关键的是空气随高度而变稀。在最初的两万英尺高度（只有土星火箭高度的55倍，或者不到通往太空的4%）时，空气密度会下降一半，同时空气中的氧气也会随之下降。当然，也有人问火箭不能从空气中获得足够的氧气，喷气式飞机怎么能飞？
其实在效率方面，喷气式客机发动机比航天运载火箭有着巨大的优势。他们可以花费大部分时间在任何高度和速度巡航，这是阻力和燃油经济性之间的最佳折衷。它们不必去太空，所以它们不需要加速到20马赫，也不需要爬升到氧气供应量以上。这意味着它们可以以足够慢的速度吸氧，然后利用空气的质量来推动氧气。
著名的劳斯莱斯特伦特1000燃气涡轮风扇发动机产生285–331千牛（64100–74400）磅力的推力，大约是土星F-1火箭发动机的4%。要做到这一点，它每秒可吸入1.25吨空气（900立方米），但其中只有一小部分被压缩、与燃料混合并燃烧，剩下的就是发动机推动产生推力的反作用质量。
像这样的发动机每分钟只需要燃烧15-20加仑的喷气式飞机，而这需要大约400-600加仑的空气，而且空气很容易从滑道和压缩机供给。与火箭不同的是，它们的推力几乎没有来自排气的喷射，相反，排气被用来转动涡轮，而涡轮又带动一个大风扇，风扇在空气中快速前进。
喷气式发动机在整个飞行过程中都能获得足够的氧气，火箭就不行了。喷气发动机有空气推动，火箭只有自己的推进剂。
曾经有人提出了一种混合动力发动机，它可以在发射过程中利用空气作为反应质量，然后过渡到飞行中的火箭，沿途提取了部分所需的液氧和大部分所需的冷却剂。在现实生活中，这样的事情也许有一天是可能的，但可能更符合航天飞机发动机的路线，而不是火箭的替代品。制造实用的吸气式发动机是非常困难的，它可以在从启动到高超音速超高海拔的各种条件下工作，更不用说建造一个能够处理所有这些问题的发动机了。
合肥迪泰真空技术有限公司
2024-02-27 广告
