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火箭升空的基本原理来自牛顿第三定律：作用力与反作用力。当火箭向下高速喷射燃烧产生的气体时，根据作用力与反作用力原理，气体对火箭产生向上的推力。就像放开充气气球时，气体向一个方向喷出，气球就会向相反方向飞行。火箭通过燃烧燃料产生高温高压气体，这些气体通过喷嘴高速向下喷射，从而推动火箭向上升空。
火箭由多个重要部件组成，每个部件都有特定功能。最顶部是载荷舱，用于装载卫星、探测器或宇航员。下方是燃料舱，储存液体或固体推进剂。氧化剂舱提供燃烧所需的氧气，因为太空中没有空气。发动机是火箭的心脏，负责燃烧推进剂产生推力。最底部的喷嘴控制高温气体的流向和速度，将化学能转化为动能推动火箭前进。
火箭推进系统的核心是发动机。在燃烧室中，燃料与氧化剂混合燃烧，产生高温高压气体。这些气体通过特殊设计的喷嘴排出。喷嘴采用收缩-扩张结构，先收缩加速气体到音速，再扩张进一步加速到超音速。推进剂有三种主要类型：液体推进剂控制精确但结构复杂，固体推进剂简单可靠但难以控制，混合推进剂结合两者优点。推力大小由推进剂流量、排气速度和压力差决定。
多级火箭设计基于齐奥尔科夫斯基火箭方程。单级火箭受到重量限制，难以达到轨道速度。多级火箭通过分离设计解决这个问题：第一级推动整个火箭离开地面，燃料耗尽后分离减轻重量；第二级继续推进剩余部分，达到更高速度；第三级进一步加速，最终将载荷送入轨道。每次分离都减少了死重，大幅提高了速度增量，这就是为什么现代火箭都采用多级设计的原因。
火箭的制导与控制系统确保精确飞行。GNC系统包括制导、导航和控制三个子系统。陀螺仪测量火箭的角速度和姿态，加速度计检测加速度变化，GPS提供位置信息。推力矢量控制系统通过调整发动机喷嘴角度来修正飞行轨迹。当传感器检测到偏离预定路径时，控制系统会自动调整推力方向，确保火箭沿着正确轨迹飞行，最终准确进入目标轨道。