2026 年 4 月 2 日，阿尔忒弥斯 2 号任务搭载猎户座飞船成功发射[1]，四名宇航员开启时隔 53 年人类重返月球附近的载人飞行，其核心运载工具 SLS 重型火箭也再度成为全民热点。中国老百姓对大火箭的渴望也再次被点燃。
而这枚承载着人类登月梦想的 SLS 重型火箭，确实配得上“地表最强化学火箭”的称号，其体量之庞大、性能之强悍，堪称人类工程史上的奇迹。它的高度达到了 98.15 米，差不多相当于 33 层高楼，比曾经的“登月功臣”土星五号还要略高一筹。
它的起飞质量更是高达 2608 吨，起飞时的总推力更是高达 3991.6 吨，能在短短几分钟内将 27 吨重的猎户座飞船送入地月转移轨道。要知道，我国现役最强的长征五号火箭，近地轨道载荷约25吨，地月转移轨道载荷只有 8 吨，和SLS 相比仍有不小差距。
那么问题来了，作为目前地表最强的化学火箭，你猜猜它能把猎户座飞船推到多快呢？
我敢说，绝大多数读者的猜测都会偏差极大。
结合 NASA 官方数据及阿尔忒弥斯2 号任务实测信息，SLS 火箭把猎户座飞船送入近地轨道的时候，速度约为 7.8 公里/秒，二级火箭点火后，将速度提升到了 10.9 公里/秒，这个速度刚好能让飞船摆脱地球引力束缚，进入地月转移轨道，完成奔月之旅。
我估计，很多人看到这个数字都会有点吃惊，不能吧，地表最强火箭也这么慢的吗？
是的，真就这么慢。不到 11 公里/秒的速度，合算成大家更熟悉的导弹速度，就是大约 30 马赫，比一个洲际导弹再入大气层时的最高速度略快一点点。
估计有人会说，不对，SLS 火箭飞得慢，是因为它要克服地球重力和大气阻力。要是把 SLS 火箭放在太空无重力环境里发射，肯定能飞得快得多。
这个想法很合理，也很符合大众直觉，但真相却足够反直觉：即便把 SLS 完全置于太空真空环境，不考虑任何重力和大气阻力，它能给猎户座飞船带来的速度增量，依然快不到哪里去。
根据模拟计算的数据，SLS 火箭即便放在没有重力和大气阻力影响的太空中发射，极限速度也就只能达到 12 公里/秒而已，只快了一点点。
难以置信是吧？
我们不妨再进一步，做一个更极端的假设：如果允许你把化学火箭造到 SLS 的 100 倍大，尽可能降低载荷占比，把更多重量留给燃料，这个总重量是SLS 火箭 100 倍的超级大火箭，最终能把猎户座飞船推到多快？
答案依然是残酷的——哪怕做到这种程度，这枚大火箭的速度极限，也仅仅达到了 25 公里/秒而已。而且，这样的火箭其实早已突破了人类所能达到的工程学极限。
如果我们再狠狠心，再把这个已经不可能的超级大火箭再扩大 100 倍，也就是比 SLS 火箭大 10000 倍，会怎样？
答案让人触目惊心，最终的速度仅仅提升了 1 公里而已。
说白了，按照当前的条件造火箭，这就是所能达到的速度极限。
看到这里，相信你已经满脸疑惑了：为什么？凭什么！火箭造得再大、环境再理想，也飞不快吗？为什么好像有个终极天花板把速度封顶了呢？这就要从决定火箭终极性能的核心规律——齐奥尔科夫斯基火箭方程[2][3]，说起了。
其实火箭的速度上限，和起飞环境、火箭大小没有本质关系，大火箭能做到的事情，是提供更多的载荷。而真正能决定它最终能飞多快的，只有两个关键因素：一是火箭发动机喷口的喷出物速度，二是质量比，也就是火箭总质量与除了燃料以外的剩余质量的比值，通俗说就是载荷占比。
先说说喷出物速度。
这是化学火箭最难以突破的一道枷锁。化学火箭的动力来自燃料的化学反应，而化学反应的能量上限，是化学键决定的。说白了，就是点燃燃料，让燃料爆燃着从喷口冲出去。燃料燃烧速度越快，爆燃越猛，喷出物速度就越快。
我们可以看看目前主流化学推进方案的喷出物速度：
液氧煤油推进，喷出速度大约在 3.0-3.3 公里/秒；液氧甲烷推进，略高一些，约 3.5-3.7 公里/秒；而当前最先进的液氢液氧推进，喷出速度也只能达到 4.4 公里/秒左右。
无论我们如何优化燃料配方、改进喷管设计，化学火箭的喷出物速度，几乎不可能突破 5公里/秒。这是化学键决定的理论上限。
所以，化学火箭想从提高喷出物速度找突破口，只有微弱的提升空间，想找到大的突破口，不可能！
再说说化学火箭的第二道枷锁，载荷占比。
根据火箭方程，火箭能获得的速度增量，和质量比是对数关系。也就是说，想让速度翻倍，质量比需要呈指数级增长。举个直观的例子：
如果喷出物速度按 5 公里/秒计算：
想获得 5 公里/秒的速度增量，质量比需要达到 2.7；
想获得 10 公里/秒的速度增量，质量比就要达到 7.4；
想获得 20 公里/秒的速度增量，质量比就要达到 55。
这意味着，要让火箭达到 20 公里/秒的速度，燃料重量需要是剩余重量的 55 倍。
很多人津津乐道的多级火箭，本质上没有什么黑科技，无非是通过提前扔掉已经空了的燃料桶，减少无效载荷，变相提高质量比而已。
无限制地提高火箭的个头，可以让最终有效载荷的占比无限缩小。但是，燃料总要装进壳子里，只要装燃料的不锈钢桶还存在，那么结构重量占比就很难变小。最后，总的质量比会被锁死在结构质量上。速度的上限也就到了。
这也是为什么，即便把 SLS 放大10000 倍，速度也不过只能达到可怜的 25.9公里/秒的原因。
很多人对火箭的理解都是这样。所以很多人推崇得离子火箭之类的推进方式。他们以为，只要慢慢加速，总能无限逼近光速。但真相是，火箭不能一直加速。当火箭把自己携带的工质全部扔完之后，就会停止加速了。
火箭的总速度增量，只取决于喷出物速度和总喷出质量，和喷得快还是喷得慢、加速时间长还是短，没有任何关系。
不信，咱们算算看。假设等离子火箭喷出物的速度可以达到 30 公里/秒[4]，那么无论加速多长时间，这枚火箭的最终速度也会停在 76 公里/秒的水平上。
这还是非常理想的状况下计算出来的结果。因为等离子火箭很难做到如此之高的载荷比。
化学火箭是猛喷几分钟，燃料耗尽就停止加速。等离子火箭是慢慢喷上几年，工质耗尽也一样停止加速。
只要总喷出质量和喷出物速度不变，最终能达到的速度几乎没有差别。所谓“长时间小加速度能逼近光速”，其实是一种理想主义的科幻想象。现实中，火箭的工质都是自带的，一旦喷完，加速就彻底结束了。
说到这里，就不得不提大家常听说的“无工质火箭”了。其实，世界上根本就不存在真正的无工质火箭。所有靠反冲力前进的推进装置，本质上都是把火箭上的质量往屁股后面扔。唯一的区别只在于扔出物的速度快慢。
化学火箭扔的是高温气体，最快速度不会超过 5 公里/秒。而等离子火箭扔的是高速离子，速度可以达到 30 公里/秒。《三体》里的能够用“前进四”星际航行的战舰，是核聚变发动机，靠的是把核聚变产生的高能粒子往后喷来获得推进力。你看，没有任何一种火箭，能摆脱“扔东西获得反冲”的基本规律。
很多人觉得等离子火箭是星际航行的希望，其实它的局限性非常大。等离子火箭推力小，根本原因就是单位时间内抛出去的质量太少。
常见的离子推力器，推力只有几十到几百毫牛，差不多只能托起一张 A4 纸。即便未来技术突破，能让它单位时间内喷出更多质量、提升推力，它依然逃不出火箭方程的约束。
想真正实现星际航行，唯一的出路只能是核动力火箭，因为只有核能，才能把喷出物速度提升到一个全新的量级，比如我们熟悉的《流浪地球》中，行星发动机喷出物速度可以达到惊人的 10000 公里/秒，这足足是化学火箭的几千倍！
那么，如果不限时间，让地球在行星发动机的推动下慢慢加速，流浪地球真的是可能的吗？
我们不妨认真地算一笔账。
流浪地球中，火箭的总质量，也就是地球的质量约为 5.97×10²⁴ 千克[5]。假如行星发动机可以拿任意地球物质当作燃料，那么我们可以把地表所有的物质都拿来烧掉，只要让 500 米深的地下城不被挖出来就行。
这么做的结果是，我们可以用来当作燃料的物质总量，占据了地球总质量的大约万分之一。
现在参数清楚了。地球这个大火箭中，有 1/10000 的燃料和 9999/10000 的载荷，我们看看这艘火箭最快能飞多快。
答案非常扎心：只燃烧掉 500 米深的地壳物质，无法改变地球的速度。
那么，如果我们把整个地壳都当作燃料烧掉，会怎么样呢？
太棒了，烧光了地壳之后，地球终于被我们推动了，不过速度也只有可怜的 160 米/秒。
这就是质量比的终极威力——哪怕喷出速度再高，只要有效载荷占比极端巨大，速度增量依然极其有限。《流浪地球》里的行星发动机再震撼，从火箭方程的角度看，也终将是一场绝望的挣扎。
物理定律从一开始就注定，要么你无法移动半分，要么你把地球家园彻底当作燃料烧掉。没有第三条路可走。
最后我们总结一下：SLS 作为化学火箭的巅峰，拼尽全力也只能把飞船推到 10 公里/秒左右；即便在太空建造、造得再大，化学火箭也很难突破 25 公里/秒的极限。
这不是化学火箭的无能，所有的火箭都是如此。
科幻电影里的星际战舰，看起来很炫酷，但实际上质量比极低，即便安上强大的核聚变发动机，也必然如同流浪地球一样，只能龟速爬行。
不要妄想用携带一个核燃料箱就奔向星辰大海，为了星际探索设计的飞船，必须把 90% 以上的重量都用来放核燃料，然后把这些核燃料全部烧掉，才能获得一个恒星际航行的入场券。
[1]https://www.nasa.gov/artemis-ii
[2]https://zh.wikipedia.org/zh-cn/火箭方程
[3]https://www.grc.nasa.gov/www/k-12/rocket/rktpow.html
[4]https://www1.grc.nasa.gov/research-and-engineering/space-propulsion/ion-propulsion/
[5]https://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/factsheet/earthfact.html
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