运载火箭推力强大，运载火箭是怎么点火的呢？

太空僧，和尚洗头用飘柔

以强大的土星 V 运载火箭做例子吧。

起飞前 8.9 秒，发射台小组会向土星 V 运载火箭发一条指令，通知土星运载火箭的仪器单元向第一级 S-IC 火箭底部 5 个 F-1 发动机启动点火程序。首先是给位于中央的编号为 F-6044 的发动机发指令，间隔 300 毫秒后，再给对角线上的一对发动机 F-6043/F-6051 发指令，最后是另一对角线上的最后两个发动机 F-6046/F-6054。(启动时间互相错开一点,是为了防止火箭发动机同时点火瞬间带来的强烈冲击)。每个发动机经过精心设计的一系列程序，将突发启动的冲击程度尽量减小，到 T-1 秒(发射前一秒)时所有发动机才达到最大推力。

1955 年开始研制的 F-1 发动机是整个发射的关键。它是人类制造过的推力最大的单燃烧室液体燃料发动机（680 吨质量的推力，战斗民族 20 多年后研制了有 4 个燃烧室的 RD-170 也只是通过更高的效率达到其输出水平而已）。当年本来是为美国空军研发的，为之后可能会生产的重型洲际弹道导弹进行技术储备。但是被空军放了两次鸽子后，决定转投 NASA 的怀抱。当一台 F-1 发动机在 NASA 马歇尔航天中心向新主顾做启动演示时，周围几十公里的人们都感到剧烈的震动，按马歇尔航天中心的说法，F-1 火箭发动机的瞬时功率是当时巨大的胡佛水坝装机容量的 17 倍！

提到火箭引擎，大家平时的第一印象，基本上就是它的锥形喷口（或者叫喷嘴），也算是发动机上最显着的部件，通常伸出很长的长度以获得更好的性能。

锥形喷口下宽上窄，最上面是一个直径不足 1 米的圆柱形空间,称为燃烧室。燃烧室最顶端是一块很厚的、有几百个不同角度的小孔的喷射钢板（喷注器），就像是一个巨大的喷淋莲蓬头。这些孔以圆环排列，向外不断喷射燃料或氧化剂,让它们充分燃烧。

喷淋头特写。小孔的直径比例经过 2000 多次试验后，有了明确的规格：最内圈的若定义为标准 1 的话，往外一圈为 1.627，再往外一圈为 2.217，再往外一圈为 2.739。

燃烧室和喷嘴的壁由管道构成,煤油燃料通过喷射板喷出之前,在此管道内环流来冷却燃烧室壁。

喷管由 178 根小管子焊接而成，镍基合金的小管子里面流过的低温推进剂既保护了喷管，使其免受烈火之苦，同时又充分预热了推进剂自身。

80 万升的精炼煤油燃料 RP-1 和 130 万升极冷的液氧 LOX，分别从各自储箱直接流向发动机是很危险的，这是由于火箭发动机燃烧室内的压力极高，燃料很难自己流入火箭发动机燃烧室内，甚至会被巨大的压力从喷射板莲蓬头的孔中压回去（俗称“回火”）。因此每个发动机都加配一个高达 5.5 万 RPM 的涡轮加压泵，安装在燃烧室附近，将推进剂加压后再输进燃烧室。涡轮加压泵通过燃烧少量推进剂来驱动，有点类似于喷气式发动机：燃烧产生的热气推动涡轮的轴,从而驱动高压泵。

有史以来人类建造的功率最大的火箭涡轮泵（5.5 万马力，41 兆瓦！）绿色的为液氧主管线，红色的为煤油主管线。

涡轮泵的最终任务是通过发动机锥形口将燃料和氧喷出。但在喷出之前，还要先通过大型环绕排气歧道(位于喷嘴延伸部分之上)。这些不断泵入的气体能防止喷嘴延伸部分被来自燃烧室极热的气体烧坏。它总共分成 4 条管道,其中两条用于输送燃料,两条用于输送液氧,通过控制发动机的阀门,将推进剂从涡轮泵一直运送到喷射板。

点火！

事实上，在升空 30 秒前，F1 发动机的涡轮泵就已经开始运转了。当若干点火器点火启动涡轮后，另一些点火器也将发动机锥形口的富含燃料的气体点燃，形成小火苗。传感器测定点火器已经成功点火后，发出信号打开主液氧阀门，将液氧注入燃烧室。这进一步触发了另一个阀门的开启，将燃料和液氧送去驱动涡轮泵。随着涡轮泵不断加速，燃料管道中的压力不断升高，引燃了自燃式燃料传爆管并喷射到燃烧室中。自燃式燃料和已经在锥形口中的液氧自然点燃，来确保发动机启动。这个写起来很复杂的点火过程，是历时 3 年总计 2000 多次的试验、经过工程师们测试了 14 种不同的喷注器方案和 15 种隔板结构的组合之后，才最终确定的点火方式。(还想问怎么点火的，这一自然段读五遍。。。。。)

为了让引擎保持尽可能稳定的工作状态，当检测到燃烧室中燃烧已经开始后，燃料阀门才正常打开，同时乙二醇会迅速从冷却管道中喷出，涌入燃烧室，帮助推力平稳提高。在所有发动机达到最大推力之后约 1 秒钟，巨大的火焰咆哮着从土星 V 运载火箭下面的锥形喷口喷射出来，并由多个传感器测量每台发动机的性能。在这 1 秒钟以及随后 S-IC 每 1 秒钟的动力飞行中,每台发动机要消耗整整 1 吨煤油以及 2 吨液氧一一总共 15 吨推进剂。运载火箭以满推力坐在发射台上,等待收到所有发动机已经达到最大推力的确认信号，土星 V 运载火箭就可以放开起飞了。

一直到起飞之前，运载火箭及载荷的全部重量都由安装在发射平台 14 米孔洞(用于发动机排泄火焰)周围的 4 个夹具固定着。这些夹具是几个带机械连接结构的十分坚固的大夹子，将火箭牢牢地固定在发射平台上(这时发射平台已经不随地球自转而改变方向了)。当控制发射的计算机判定所有的发动机都已达到最大推力时,连接机构气动收缩，4 个夹具同时打开。3 个向 S-IC 底部提供燃料和其他服务的小支杆也同时切断连接，向上摆开。若干个保护装置在火箭起飞后 F-1 发动机喷焰冲到之前从夹具和支杆上降下以保护夹具和支杆。

Apollo 12 launched at 11:22 a.m. EST on Nov. 14, 1969

所有这些牵制释放机构，都是提高火箭起飞安全性的重要手段，同时也是一把双刃剑。1959 年 8 月 14 日，在大西洋导弹靶场进行大力神 B-5 飞行试验时，牵制释放机构的爆炸螺栓由于发动机点火引起的冲击和振动峰值下出现故障而过早起爆，导弹升空，但控制系统尚未收到起飞信号，仍处于非起飞状态，在升高 1.2~1.6 米后紧急关机，导弹坠落发射台爆炸。

各种失败的火箭发射。 https://www.zhihu.com/video/1193103795469619200

言归正传。现在，质量庞大的飞行器开始上升，已不可能再安全返回发射台了(像 SpaceX 那样)。因此最初 30 秒的飞行禁止人为关闭发动机。作为对这一环境变化的反应，5 个直到发射时刻一直向火箭提供服务的摆臂必须迅速摆开，它们的摆动由火箭升高到头 2 厘米时触发。作为这一动作的一部分,所有与飞行器连接的脐带都必须立即脱落。这一脱落作为发射时间基准中的第一个起点，标志着土星 V 运载火箭的正式升空。