今年1月24号，清华大学研制的新型火箭发射成功。
它的意义并不仅在于技术创新，而在于组合形式上的创新，火箭第2级是一个液体火箭，但是它的上面一级却串联了一个特殊的冲压发动机。
▍什么是冲压发动机？
冲压发动机是一种需要在空气中才能工作的发动机，它不自带氧化剂，需要利用大气层中的氧气。
普通的航空发动机在燃烧室前面有一系列的涡轮叶片，空气进入燃烧室需要经过这些涡轮叶片加压。
但是叶片也会产生前进的阻力，随着发动机速度增加，叶片的阻力会不断提高。
当飞行速度超过2.5马赫以上的时候，压缩机叶片产生的阻力基本上就和发动机产生的推力相当了，这个时候就没有办法再提高速度了。
如果此时把航空发动机压缩机叶片取消，空气在发动机的前冲力下，可以直接经鼻锥压缩进入燃烧室。这种发动机就叫做冲压发动机。
著名的高超音速飞机 SR71黑鸟，在达到2.5马赫的时候，就要让发动机进入冲压工作体制，然后加速到三马赫巡航。
从工作原理上就可以看出，冲压发动机需要在比较高的速度条件下才能工作。
▍为什么要用火箭发动机和冲压发动机组合在一起？
火箭发动机必须自带燃料。我们知道氢燃烧会形成水，那么水的化学分子式是两个氢原子加一个氧。
氧原子的原子量是16，氢原子的原子量是1。也就是说，火箭中氧和氢燃料的比例是8:1。
所以一个火箭的重量，绝大部分都是氧化剂。美国用于登月的土星5号火箭，第1级F1火箭发动机每秒钟要消耗1790公斤液氧，土星5号火箭重量是3000吨，其中2000吨是液氧。
火箭在飞离地球的过程中，有 一段 是在大气层中飞行的，如果能够利用空气中的氧气作为火箭飞行的氧化剂，火箭就可以带更多燃料，飞得更远。
这就是火箭发动机和冲压发动机组合的意义。
火箭发动机和冲压发动机结合在一起，有很多种形式，一般的情况下这两种发动机需要并列布置，因为串联布置会让一个发动机挡住另外一个发动机的喷口。
但是，在本次实验中，清华大学试飞的组合发动机是冲压发动机放在了火箭发动机的前面。
因此从实验画面上来看，冲压发动机喷出来的火焰是从侧面喷出来的。
▍对实验画面的进一步解读。
按照动画演示的过程，头部的冲压发动机在燃烧室中点火以后，火焰经过尾部锥形塞要第2次点火，应该是从这个锥形塞里面再喷出来燃料，再次燃烧。
也就是说，这个发动机和普通冲压发动机的差别在于：普通的冲压发动机只有一次点火，一次喷出燃料的过程；1月24号的新发动机有两次点火和两次喷出燃料的过程。
这相当于进入发动机的氧气，经过一次富氧燃烧加热膨胀以后，再进行第2次燃烧。
从原理上来说，这样可以提高燃料的燃烧效率。
▍高速发动机的燃烧难题。
火箭发动机、冲压发动机内部燃料的喷射过程、燃烧过程，速度极高。
土星5火箭第1级F1发动机，一秒钟要消耗780公斤煤油，大量燃料喷到燃烧室中，如何充分燃烧是一个难题。
另一方面，液氧的温度在零下180度，进入发动机之前，要从液态转化为气态。
F1发动机有很多缠绕在燃烧室外面的管道，有一部分就是燃料和氧化剂的预热管道。
而且，现在最新设计的火箭发动机，不仅要预热燃料、液氧，而且还要进行分级燃烧。
所谓的分级燃烧，是大量氧化剂和少量燃料燃烧一次，少量氧化剂和大量燃料燃烧一次，然后再进入燃烧室里面燃烧。
这种火箭发动机就叫做全流量分级燃烧火箭发动机，美国space X公司的猛禽火箭发动机就是全流量分级燃烧。
清华大学这款新的冲压发动机，应该是借鉴了分级燃烧的原理，效率更高，推力更大。
▍新冲压发动机的意义。
执行本次实验任务的火箭是“清航.大兴号”两级火箭，第1级火箭分离以后，第2级火箭将新发动机推到预定的高度和速度。
实验完成以后，火箭中部弹出降落伞进行了回收。
根据研究团队的介绍，该冲压发动机目前处于国际最前沿领域，前途不可限量。
这种新型的冲压发动机，有望突破原有冲压发动机的限制，实现超大功率和超大推力。
我们可以想象，如果火箭中部弹出的不是降落伞而是翅膀的话，那就意味着火箭可以自主完成降落，也可以在大气层中自主飞行。
今后进入外太空，可以充分利用大气层中的氧气。
它后面有火箭发动机，可以在大气层、外太空之间反复穿梭。从原理上说，与清华大学的新火箭技术相比， Space X公司的返回式火箭在技术层面已经落伍。
今后太空旅行的成本会大幅度降低，该发动机研制成功时，Space X公司的返回式火箭就成昔日黄花。