推力牛顿
牛顿是在一秒内使一千克物体的速度增加一米每秒的力。约 100 克的苹果以一牛顿的力压在手心上。火箭发动机每秒以 3–4 km/s 的速度喷出数百千克燃气，获得数百万牛顿的推力——即兆牛顿。
推力由两项组成：射流动量 ṁ·vₑ 和喷管出口处的压力差。所以同一台发动机在地面的推力比在真空中小，而喷管形状决定它在哪里工作得更好。只有推力大于重量，火箭才能起飞；二者之比就是推重比。
| 记号 | N · kN · MN |
| 定义 | 1 N = 1 kg·m/s²——由牛顿第二定律 F = ma 得出 |
| 推力 | F = ṁ·vₑ + (pₑ − pₐ)·Aₑ |
| 旧单位 | 1 kgf = 9.80665 N · 1 tf = 9.807 kN · 1 lbf = 4.448 N |
| 起飞 | 推重比 F / mg 大于 1 · 火箭起飞时为 1.2–1.6 |
| 典型值 | 苹果——1 N · 航空发动机——数百 kN · 液体火箭发动机——约 2 MN · 重型火箭——30–70 MN |
01 · 定义
力、射流动量与出口压力
牛顿第二定律：力等于质量乘以加速度。牛顿是使一千克物体获得 1 m/s² 加速度的力。发动机靠推开自身的射流前进：每秒以速度 vₑ 喷出质量 ṁ，根据第三定律获得力 ṁ·vₑ。
第二项是压力。如果出口处的燃气压力高于外界空气，它还会继续推动；如果更低，空气就会挤压射流，夺走推力。长喷管把燃气加速得更快，在真空中表现出色，但在地面吃亏。短喷管正好相反。比冲 Isp 是推力与每秒消耗推进剂重量之比，单位为秒：比冲越高，发动机越省推进剂。
起飞需要多少牛顿
选择要举起的物体，设定推力——刻度为对数，从 0.1 N 到 100 MN。重量就是重力 mg。推力大于重量时即可起飞。
车库：用部件组装火箭
火箭立在总装车间里。每个部件都会改变质量、空气阻力和推力：整流罩决定头部形状，箭体决定贮箱直径和能装几台发动机，尾翼决定 max-Q 时的稳定性，发动机和喷管决定推力和比冲。最后更换的部件会高亮显示。右边是各部分质量、推重比和速度储备。火箭装好后，点击“运往发射台”。
组装火箭，看看它能否起飞
火箭在上面的车库里组装：整流罩、箭体、尾翼、发动机、喷管、推进剂和载荷。装好什么，发射台上就是什么。主要操作是“发射”：倒计时、点火、起飞、突破声障、最大动压、发动机关机，然后惯性滑行到最高点。在车库里可以加装第二级并开启“转向入轨”：起飞后火箭向地平线倾倒，第一级分离，第二级获得约 7.8 km/s 的水平速度——如果近地点高于 160 km，火箭就进入了轨道。不转向时飞行是垂直的，就像探空火箭。最初几秒慢放，之后加速；场景下方的滑块可以前后拖动。右边是喷管剖面：出口压力对外界压力，它们决定射流的形状和推力。
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02 · 换算
| {n} | {v} | {note} |
快速估算：一吨力接近 10 kN，一百吨推力约 1 MN。精确换算——乘以 9.807。
美国发动机常用磅力表示：一百万 lbf 即 4.45 MN。
03 · 数量级
04 · 测量仪器
05 · 书写规则
06 · 相邻单位
07 · 历史部分
牛顿是国际单位制导出单位：由千克、米和秒组成。自 2019 年起千克由普朗克常数定义，牛顿也以它为基础。力的基准是测力机：它们在已知的重力场中用已知砝码给传感器加载；最大的可达数兆牛顿。
火箭发动机的推力不是铭牌上的常数。它取决于外界压力，所以性能参数中给出两个数字：海平面推力和真空推力。旧手册用吨力表示推力；按俄罗斯标准 GOST 8.417，这是非国际单位制单位，乘以 9 807 换算为牛顿。
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