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火箭的飞行原理基于牛顿第三定律，也就是作用力与反作用力定律。当火箭发动机向下高速喷射燃气时，燃气对火箭产生一个大小相等、方向相反的反作用力，推动火箭向上飞行。这就是火箭能够在真空中飞行的根本原理。
火箭飞行还遵循动量守恒定律。在火箭发射前，整个系统的总动量为零。当火箭向下喷射燃气时，燃气获得向下的动量，而火箭则获得等量的向上动量，使得系统总动量仍然保持为零。这就是为什么火箭质量越轻，喷气速度越快，火箭就能获得越大的速度。
火箭发动机的核心结构包括燃烧室和拉瓦尔喷管。燃料和氧化剂在燃烧室中混合燃烧，产生高温高压的燃气。这些燃气通过特殊设计的拉瓦尔喷管，先收缩后扩张，将燃气加速到超音速，从而产生巨大的推力。喷管的设计对火箭效率至关重要。
多级火箭是现代航天的关键技术。当第一级燃料耗尽后，空的燃料箱被抛弃，减轻了后续级的负担。这样每一级都能更有效地加速剩余部分。根据齐奥尔科夫斯基公式，质量比越大，火箭能获得的速度增量就越大。多级设计让火箭能够达到逃逸速度，进入太空轨道。
在太空中，火箭飞行具有独特的优势。真空环境没有空气阻力，火箭的反推原理依然有效，甚至效率更高。通过精确的轨道机动，火箭可以利用重力助推节省燃料，实现长距离飞行。现代火箭技术使人类能够发射卫星、建设空间站，甚至探索月球和火星，开启了人类的宇宙时代。