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能量效率是指推进剂燃烧的热化学能转变为高速排气的动能的效率。它包括推进剂的烯烧效率、发动机喷管效率和发动机的循环效率。能量效率越高，排气速度越高。
在齐奥尔科夫斯基提出火箭公式的1903年，自然无从谈及火箭发动机的设计水平，就是公认的理想燃料液氢在当时也制造不出来，计算表明，用液氧、煤油等作推进剂，喷气速度也只能达到4.2千米/秒，其单级火箭还是无法达到约8千米/秒的第一宇宙速度。因为考虑到空气阻力，从地面起飞的火箭，实际上应达到9.5千米/秒以上的速度。这样一来，火箭的质量比应达到11以上才行。也就是说，推进剂应占火箭总质量的91%以上，这比蛋清蛋黄占整枚鸡蛋的份量比便还大，像软皮蛋一样单薄的火简明是造不出来的，即使造出来了也无法使用。
但是，科学的思想不应钻牛角尖，退一步或拐个弯就是海阔天空。齐奥尔科夫斯基正是这样。他设想用多级火箭力的办法来达到宇宙速度，就是在火箭垂直发射时，让最下面一级先工作，完成任务后脱离，接着启动上面一级，进一步提高速度。这样轻装前进，逐级提高，总能达到所需要的宇宙速度。
采用多级火箭发射航天器，现在看来似乎是很平常的事，但在大约百年前，却是了不起的思想突破，是构筑宇宙航行大道石破天惊、振聋发聩的巨大里程碑。
当然，火箭的级数不可能无限制地增加，因为对下面一级火箭来说，前面的各级火箭都是它的有效载荷。理论计算和实践经验表明，每增加1份有效载荷，火箭需要增加10份以上的质量来承受，随着火箭级数的增加，使最下面的一级和随后的几级变得越来越宠大，以致于无法起飞。多级火箭一般不超过4级。
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