单级火箭是指仅有一级结构的航天运载工具,由
箭体结构(含贮箱)、发动机、推进剂输送系统及制导控制系统组成,顶部连接
有效载荷。其动力装置包含
燃烧室、
喷管及推进剂贮箱,
液体火箭发动机可重复启动并自带燃料与氧化剂。由于无法抛弃废重,单级火箭需通过增加推进剂加注量和降低结构质量提升速度,但受推进剂能量限制,最大速度难以超过,无法达到
第一宇宙速度以发射
人造卫星。单级火箭因结构简单、发动机数量少且无需
级间分离,具有可靠性高和成本低的优势。随着材料工艺与推进技术进步,需平衡
推进系统干质、
比冲与推质比等参数。我国长征五号B火箭采用一级半构型,主体为单级结构捆绑四个
助推器,保留单级火箭简单性同时提升运力。美国在此领域已开展大量实验研究。
火箭发射时贮箱加注推进剂。由于单级火箭不能抛掉废重,因此必须通过增加推进剂加注量和降低结构质量来获得较大的飞行速度。即使这样,现有的推进剂能量水平也很难使火箭的最大速度达到7 km/s以上,因此使用单级火箭难以达到使火箭环绕地球运行的第一宇宙速度,也就是说单级火箭难以用于发射
人造地球卫星。但是随着材料技术和推进技术的不断成熟和进步,用单级火箭发射航天器已不是不可能的了。
采用单级火箭可以简化结构设计和减少使用的发动机
数量,减少分离次数,从而降低火箭的成本,提高可靠性。美国在这方面已做了大量研究和实验。