卢西

伴随着人类太空探索的野心增长，传统化学火箭发动机渐渐暴露出其局限性。新太空项目为了搭载更重的载荷或将其推送到更远的地方，對动力提出了越来越高的要求。航天工程师们必须提供新的解决方案，把探测器以更快的速度送到更远的太空中，以及更精确的控制其位置与姿态。

传统巨擘难以支撑

火箭发动机的工作原理说起来并不那么深奥，就是把推进剂喷射出去，形成的反作用力即为推力。相应的，每一千克燃料产生一千克推力的持续时间被视为火箭的推进效率也就是比冲，单位为秒。而推进剂的动能来自于以其它形式储存的能量，可以是化学能、电能、核能、压力势能等。

传统的化学火箭发动机是利用推进剂的燃烧将储存于推进剂中的化学能转化为热量，这部分能量在收敛扩张超音速喷管中又被转化为动能。不同于飞机发动机，火箭发动机并不吸入空气，将空气中的氧气作为燃烧所用的氧化剂，而是选择自带氧化剂。传统的液体火箭燃料为煤油/液氧或者液氢/液氧。因为火箭自带的燃料和氧化剂燃烧所能释放的能量很有限，导致化学火箭发动机的喷气速度很慢，而比冲跟喷气速度成正线性相关，所以推进效率低。根据超声速流体力学中理想的状态，如果想要将推进剂的能量全部转化为动能，理论上需要一个极宽而且极长的喷管，没有任何工程学实践意义。所以为了得到足够的飞行速度，火箭需要携带大量的燃料，导致一枚火箭发射全重的绝大部分都是燃料，因此效率十分低下。……