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地球引力
海拔高度重量100千克的物体0千米海平面的100％（980牛顿）10千米海平面的（977牛顿）100千米海平面的（950牛顿）1000千米海平面的（732牛顿）10000千米海平面的（149牛顿）
公制单位中质量的单位是千克，重量和力的单位是牛顿。
要注意重量随高度减少这一事实并不能解释航天员在太空出现的失重漂浮现象，在空间站最常出现的轨道，即距离地表350公里处的引力大约是地面上的90％。也根本谈不上失去重量！但航天员却实实在在感受到了失重，这是因为轨道上的飞行器是完全自由的落向地球；（它们之所以没有掉到地面上来，是由于飞行器以大约每小时28000公里的高速度向前运动，使得它的下落轨迹正好沿着弯曲的地球表面运动，所以能够保持环绕地球运行），就好像在一个自由下落的电梯里，重力将暂时消失一样。自由下落的空间站中的乘员所感受的正是这样一种零重力状态。我们应该清楚轨道飞行中的物体可能是失重的，但绝不是没有质量的。
有的解释说航天器之所以不掉下来，是因为物体围绕地球作圆周运动产生的离心力与地球引力相平衡的结果。如果事实果真如此，那又怎么解释，有的航天器并不作圆周运动，而是做抛物线或双曲线等非封闭曲线运动，它们没有〃离心力〃作用，为何也不掉下来呢？力的存在必须有产生力的力源，而所谓〃离心力〃或〃惯性离心力〃的力源是不存在的。它只是一种为了便于分析计算（使牛顿定律在非惯性坐标系中仍能正确应用）而提出的一种假想力。离心惯性力实际上并不存在，也不作用在所研究的航天器上，所以它不能与其它作用在航天器的力（例如重力）保持平衡。
在牛顿定律中第一定律涉及到惯性的特性。在没有外力作用时，运动中的物体将保持直线运动，而静止的物体，如果没有外力作用，同样仍是保持静止的状态。例如，静止的航天器不会自发的开始运动，必须有东西先推它一下或拉一下。反过来，运动中的航天器如果没有被某个东西施加作用，亦不会自己就停止、减速、加速或改变方向。
这样我们就可以讨论为什么航天飞行器无需多少推进剂就可保持轨道速度，而飞机则必须不断的消耗燃料才能飞行？飞机在飞行中要受到外部的空气阻力，这个阻力会使飞机减速，要克服这个力就需要燃料为飞机提供动力。而在太空中飞行的航天器，所受到空气阻力的影响非常的小，结果飞行器达到轨道速度后无需继续消耗推进剂就可保持速度，由于地球引力所提供的力量就可令其沿着地球的表面做圆形轨道运动，而不是顺直线飞离地球。
第二定律规定，力往往会导致物体改变速度。较强的力会使物体更快的加速或减速，对不同质量的物体要得到相同的加速或减速效果，所需的力也不同，质量大的物体所需的力要大于质量小的物体。在航天器的运动中，工程师可以据此计算出改变卫星运动所需的力。
第三定律揭示了火箭运动的基本原理。任何一物体推动另一物体时都有一个等量的力反作用于它本身。当火箭将燃烧的气体从排气管高速喷出时，这些气体反过来又把火箭向相反的方向推去。在航天技术中对通过排出气体产生的作用力称为发动机推力。
和很多人的想法不同，火箭并不靠推动外部空气向前运动。相反，由于有空气的存在，排出的气体与空气分子摩擦后往往会降低速度，这就减少了排气送给火箭的力，同时空气也对舰体产生阻力，从而降低了火箭的前进速度，所以火箭在太空的工作效率要比在大气层内的高。
火箭学：简单火箭的结构
简单的火箭包括一个高细的圆柱体，由相对较薄的金属制造而成。在这个圆柱内存放着火箭发动机的燃料和补给燃料罐，而为火箭提供推进力的发动机则放在圆柱的底部。发动机的底部是看起来像一个钟形的喷管，发动机通过一个装置——燃料输送系统可把原始的火箭燃料注入喷管顶部的燃烧室，燃料在这里燃烧，转化成易于向四处扩散的热气体。然后，喷管把扩散的热气导入与目标运动方向相反的方向。为了给火箭提供平衡的升力，通常喷管的指向是与一条从上之下贯穿火箭中心的虚拟线平行对称排列的，不过，大多数火箭尤其是大型火箭都能使其喷管偏离虚拟的中线几度，这叫做万向连接，可为飞行中的火箭提供一定的操纵能力。
在圆柱体的上部装有一个中空的流线型圆锥体，锥体的底座接在圆柱体上，锥尖朝上。这种圆锥体的造型使火箭接触空气的横截面达到最小，横截面积的缩小就减少了火箭排开空气所必需消耗的能量。一般来说，载人航天器或其它预备进入轨道的有效载荷都安放在火箭顶部的这个鼻锥内。在航天技术里称这个圆锥体为有效载荷整流罩或整流罩，火箭点火后的数分钟，这个圆锥体对有效载荷提供保护，使其免受因火箭加速穿过大气层下部而增强的风力的破坏。
火箭学：推进剂
火箭发动机的特点是同时使用两种不同类型的化学物质来支持燃烧反应，产生热排气。这两种化学物质就构成了火箭专家称之为推进剂的东西。这两种化学物质分别是燃料和氧化剂，燃料为火箭提供燃烧的物质以产生热排气，氧化剂为燃烧的过程供氧。我们应该知道所有的燃烧反应都要求有可燃物质和氧来支持。在大气层内有充足的氧气可以支持燃烧，所以汽车和飞机的发动机都不需要携带氧化剂，但火箭既要在大气层中工作，又要在太空飞行，因此必须自带氧来支持燃烧室的燃烧反应。火箭的推进剂根据化学物质的形态不同可分为液体推进剂和固体推进剂。
液体推进剂的燃料和氧化剂都是液态的保存在火箭的燃料箱中的。目前较普遍的一种液体推进剂组合是用混肼…50（类似煤油）作燃烧剂，四氧化氮作氧化剂。这种组合剂可在室温下储存，但其燃烧效率比较低。另一种组合是液氢做燃料，液氧做氧化剂。这种组合是当前最有潜力的组合，其燃烧效率很高，但由于液氢和液氧的沸点都很低，所以其保存需要超低温的储存箱，使温度接近绝对零度，在零下二百摄氏度左右，才能保证它们在液态，一旦温度超过沸点液体变成气体，就无法再用作推进剂，由于其比较复杂目前只有美国、俄斯、法国、中国和日本等少数几个国家掌握这种低温液体火箭技术。
大多数液体推进剂要求用火花点火开始燃烧。但有些燃料和氧化剂混合时会自动产生化学反应点火燃烧，我们称之为自燃推进剂。使用自燃推进剂的发动机不需要点火系统，而且更加可靠，但这种推进剂几乎可锈蚀所有与之接触的物质，而且含有剧毒。
推进剂比较
推进剂类型 性能
液氢（燃料）液氧（氧化剂）燃烧效率很高多用于航天飞机及运载火箭末级昂贵、不易储存
混肼…50（燃料）四氧化二氮（氧化剂）燃烧效率一般多用于中型火箭价格适中、较易储存
RP…1高精炼煤油（燃料）液氧（氧化剂）燃烧效率一般多用于火箭第一级价格适中、不易储存
肼（燃料）四氧化二氮（氧化剂）燃烧效率一般自燃、多用于卫星价格相对便宜、腐蚀性极强
固体推进剂由油灰或橡胶状的可燃材料构成，是燃料和氧化剂的混合体。烧固体推进剂的火箭称为固体火箭。固体火箭的箭体与液体火箭的箭体差别不大，但内部没有推进剂储存箱，而是把整个火箭体的内部从上到下装满固体推进剂。在火箭体的中心有一条窄窄的圆柱形缝隙贯穿推进剂的模芯，该缝隙称为燃烧室，它可使推进剂从上到下均匀燃烧。火箭底部的喷管，将燃烧室的排气导入合适的方向。
由于燃烧室是推进剂在中间留出来的缝隙，如果这个缝隙是圆柱形的，当火箭顶端的点火器击发点火后，随着燃烧的继续，燃烧室的表面积开始增大，使得推进剂与推进剂接触的面积增大，每一时间燃烧的推进剂开始增多，产生的推力也相应的加大。因此火箭在最初产生的推力较小，但随着时间的增加，推力逐渐增大，直到燃烧的最后阶段火箭获得最大的推力。考虑一下如果缝隙的形状不同，那它产生推力的效果也会不同。星形开缝在整个加力期间会均匀的产生推力，但推进剂要比圆柱形的燃烧快一些。现在火箭推进剂模芯中开的缝隙形状分为圆柱形、管形、星形、多翼形、十字形等。
与液体推进剂相比，固体推进剂最大的优势在于它可以在室温下储存。而且发动机不需要其它复杂的部件，而液体推进剂的发动机要求有专门的设备来控制液体注入燃烧室。当然也正是由于这个原因，使得固体推进剂的燃烧不容易控制，在燃料没有烧完的情况下，很难实现发动机的关闭，因此不具备多次点火的能力。早期的固体火箭基本都是一次燃烧，但随着技术的发展，现在已经出现多次点火的固体火箭。
火箭学：火箭级分离
为了提供航天器的入轨速度，需要火箭具有足够的推力，为了提高运载火箭的推重比，航天工程师在设计火箭时考虑的一个主要因素就是运载火箭的重量；但另一方面为火箭提供推力的推进剂在火箭的重量中占有很大部分，要有持久强劲的推力必然需要更多的推进剂以及更大的推进剂储存箱。这就成为航天工程师在设计中面临的一个矛盾。
推力重量比（Thrust…weight ratio）表示发动机对飞行器单位重量所产生的推力，简称为推重比，是衡量发动机性能优劣的一个重要指标，推重比越大，发动机的性能越优良。先进战斗机的发动机推重比一般都在10以上，现在运载火箭的推重比约为～（固体火箭的推重比可达以上）。
当你外出旅游时想带这个又想带那个，但最后发现包裹太大太重。怎么办呢？一个办法就是舍弃一些你想带的东西，这样在旅途中会轻松很多；另一个办法就是背着所有的东西，但你可能就会气喘吁吁了！
为解决这个问题，工程师们采用火箭级分离的技术，用来增加火箭的效率。串联式多级火箭是由多个（两个或两个以上）首尾相接的圆柱形箭身组成的。有效载荷通常安置在多级火箭顶端的整流罩内。每一段称作级火箭的箭身都带由自己推进剂、推进剂储箱、火箭发动机、仪器装置以及容纳这一切的箭体结构。飞行开始时，只有底部一级即第一级推动整个火箭。第一级的推进剂燃烧完毕之后，小包炸药断开第一级与下一级（第二级）火箭箭体的连接，第一级火箭脱落，由第二级火箭把剩余的部分向上推起。这样的过程一直持续到最上一级火箭发动机关闭、卫星进入轨道为止。在多级火箭中，因为第一级火箭必须把自身和其它各级火箭，以及有效载荷全部推动升向空中，所以第一级火箭所装的推进剂量总是超过其余各级，使用的发动机功率也比其它各级大很多，通常第一级火箭占起飞质量的50％。
火箭级分离的优越性在于随着火箭的上升，推进剂燃烧完的一级会即刻脱落，这就减少了推进剂的总用量，因为多级火箭不用为无用的箭体结构增加速度。目前的运载火箭一般有2~4级组成。为什么不具有更多级呢？简单的看，火箭级数越多性能越好，但实际工程中发现如超过三到四级，性能则会下降，因为每级火箭实际上都是一个相对独立的系统，各自都包括箭体结构，发动机以及其它辅助操纵控制系统，这就使操作程序和设计变得十分复杂。而分离已用过的火箭级，并启动上面一级的火箭发动机，也并不是一个简单的过程。
这类“越多越好”的问题在我们的生活中处处存在，比如软件工程中参加一个项目的人数越多，并不意味之工作效率、产品质量越高。实际上在各项领域的工作中这个问题始终是我们需要解决的一个问题。“人多力量大”并不是完全正确的！ 。 想看书来
今天，许多运载火箭采用了串联加并联的混合式多级火箭技术。方法是在第一级火箭的外围装上一枚或更多的助推火箭，这种火箭称为捆绑式助推火箭，或零级火箭。它们通常和第一级火箭发动机同时推进，产生更大的推力，以帮助火箭在飞行的最初几分钟加速。这些助推火箭的推进剂一旦烧完，爆炸螺栓即可将其从第一级中分离出去。助推火箭的数量可根据运载能力的需要来选择，在火箭周围捆绑时要对称排列。常见的组合是，采用两到三级的串联是液体火箭，在第一级捆绑几枚固体助推火箭。现有的大多数火箭都超过了30米。
火箭学：从发射到入轨
运载火箭是从发射台上开始它的旅程的，发射台上矗立着一座金属塔，称为发射塔或发射架，它为技术人员提供了从地面进入火箭的通道。发射塔还提供管道，帮助从地面储存罐向火箭上输送推进剂。在发射台上火箭是垂直竖立，发动机朝着地面，整流罩指向宇宙。
火箭为什么要垂直发射？
我们可能很少去思考火箭为什么以垂直的方式发射？只是认为到它就应该是这样，因为从古到今就是这样发射火箭的，把它作为一种事实接受了下来，而且它是向宇宙中发射的。但实际上采用垂直方式发射是考虑到很多因素的：
①运载火箭的体型庞大，长达十几米至几十米，直径几米至十几米，如果倾斜发射就得有一条比箭体更长的滑行轨道。这种滑轨不仅相当笨重、稳定性差、行走困难，而且发射时所产生的振动，势必影响火箭的命中精度。何况放置滑轨就得有一个很开阔很平坦的发射场。同时，由于火箭处于倾斜状态，点火启动时尾部会喷射出高温高速高压燃气流，因此还需要有一个相当长的安全区。
②火箭的飞行绝大部分时间是在大气层以外的空间。垂直发射有利于迅速穿过大气层，减少因空气阻力而造成的飞行速度损失。当然，这种垂直飞行的时间不宜过长，否则，在重力作用下，火箭的飞行速度损失就很大。所以，目前运载火箭的垂直飞行段一般在4～10秒范围之内。
③采用垂直发射，可以简化发射设备，它所有的发射台上可以设计得很紧凑，并且能够很方便地使竖立在发射台上的火箭在360°范围内移动，从而满足改变射向的需要，并保证火箭系统的稳定性和隐蔽性。
④大型运载火箭所用的推进剂一般都是液体的，因此，垂直状态发射便于推进剂的精确加注或泄出。
⑤现在大部分运载火箭采用的控制系统。它要求火箭在发射前精确地确定它的初始位置，这样才能保证有效载荷准确地进入地球轨道。而垂直发射对实现这一要求，要比倾斜发射方便得多。
⑥运载火箭的推重比一般都比较小，火箭垂直放置发射台上，发射时只要推力稍微超过起飞重量，火箭就可以腾空而起。随着推进剂的不断消耗，火箭的重量逐渐减小，飞行速度愈来愈高。
由此可见，垂直发射对于火箭的加速和能量的利用，都是十分有利的。
当火箭发动机启动，第一级火箭点燃时，火箭就开始脱离发射架上升，要完全通过发射塔需要花费几秒钟的时间。离开地面的十几秒内火箭一直保持垂直飞行，之后为了保证按合适的方位飞行，排气口的万向节按预定程序立即旋转，使火箭从垂直角度稍微倾斜，但基本还是垂直向上飞行的。一开始火箭的加速过程也并不是十分的明显，因为第一级推进剂还在，火箭的重量依然大的惊人。在上一级推进剂烧完时，重力使火箭缓慢地从微倾斜角度转入水平方向的飞行。这一被称为重力转向的机动，帮助火箭逐渐将其能量从向上升入太空的推进，转向进入轨道速度所需的向前推进。
第一级推进剂烧完后，爆炸螺栓使其与火箭的其余部分分离，这时火箭卸掉了结构和推进剂的大部分质量。同时第二级火箭开始点火，继续加速飞行，因为火箭的重量大大的减轻，即使第二级的火箭产生的推力不如第一级的大，它的加速也要比以前的快很多。此时，已飞行2~3分钟，在高度达到150千米~200千米时，火箭基本已飞出稠密大气层，有效载荷不再需要整流罩来防护风力的破坏，按预定程序抛掉箭头整流罩，这进一步减轻了火箭发动机加速的质量负担。
有些火箭的二级推进剂，常常在火箭快接近轨道速度时燃烧完毕。爆炸螺栓使二级火箭与有效载荷分离，这时在有效载荷上，一个称作推进器的小火箭将火箭送入最终的轨道。同时二级推进器使火箭落入大气层上部，最终，空气摩擦会使它燃烧，变成灰烬。这样的处理方式，可以避免使其留在太空，成为太空垃圾。如果这些垃圾不巧进入某个卫星的轨道，那将是极大的威胁。
对于低轨道的航天器而言，这时火箭就完成了运送任务。但对于高度在1000千米以上的轨道或行星际任务，还需要有第三级火箭，在这一结构中，二级火箭担当着把三级和有效载荷送入近地轨道的工作，近地轨道通常为300千米或更低。在二级火箭脱离后，火箭在地球引力作用下，开始进入航天技术中称为惯性飞行段的过程，一直到与预定轨道相切的位置。稍后，第三级火箭发动，进入最后加速段飞行，当加速到预定速度时，第三级火箭发动机关机，有效载荷从火箭运载器弹出，进入最后的、较高的轨道，或者前往另一行星的轨道。
目前使用的所有火箭，基本都是一次性使用的运载火箭。这是因为飞行的压力、发动机燃烧推进剂的酷热、抛弃后的重返地球以及在大气层上部的焚烧，都使得各种部件在一次飞行后就基本报废。虽然这样听起来很浪费，但建造可重复使用的火箭所需的费用并不比一次性使用火箭的低。不过经济上可以承受的设计——再循环式火箭已经在规划之中了。
轨道动力学：圆形轨道与椭圆形轨道
前面已经经常提到了“轨道”这个词，那么轨道是什么呢？我们知道地球总是围绕着太阳在做着公转运动，如果把每一时刻地球中心的位置用直线连起来，就出现一个椭圆形的轨迹，通常就把它称为轨道。事实上太空中运动的任何天体都有自己的运行轨道，科学家�