火箭是一種運(yùn)輸工具，它的任務(wù)是將具有一定質(zhì)量的航天器（又稱有效載荷）送入太空。航天器在太空中的運(yùn)行情況與它進(jìn)入太空時(shí)的初始速度的大小和方向有關(guān)。一般地說，如果航天器進(jìn)入飛行軌道的速度小于第一宇宙速度（7.91千米/秒），航天器將落回地面;如果航天器進(jìn)入軌道的速度介于第一宇宙速度與第二宇宙速度(11.2千米/秒)之間時(shí)，它在地球引力場(chǎng)內(nèi)飛行，成為人造地球衛(wèi)星;當(dāng)航天器進(jìn)入軌道的速度介于第二宇宙速度與第三宇宙速度(16.7千米/秒)之間時(shí)，它就飛離地球成為太陽系內(nèi)的人造行星;當(dāng)航天器進(jìn)入軌道的速度達(dá)到或超過第三宇宙速度時(shí)，它就能飛離太陽系。
1903年俄國(guó)科學(xué)家齊奧科夫斯基在他的論文《用火箭推進(jìn)器探索宇宙》一文中提出了著名的齊奧科夫斯基火箭理想速度公式。該公式表述為:
Vk =P b g 0l n [(G T +G J )/G J ]
式中: Vk —火箭的末速度; P b —比推力(比沖)；g 0—地面的重力加速度; G T —火箭起飛時(shí)的推進(jìn)劑質(zhì)量；G J—火箭的結(jié)構(gòu)質(zhì)量，其中包括有效載荷。
所謂理想速度就是該公式中忽略了許多因素，如未考慮氣動(dòng)阻力和地球引力造成的損失，也未考慮g 0隨高度遞減的變化及其他因素。根據(jù)該公式計(jì)算出來的速度比實(shí)際數(shù)值大，所以稱之為理想速度。盡管如此，該公式仍足以說明速度與比推力、質(zhì)量比之間的關(guān)系。
從理想速度公式可以看出，有三種方法能提高火箭的末速度;一是采用高能量的推進(jìn)劑，即采用高比推力的推進(jìn)劑，但比推力提高受到科學(xué)技術(shù)水平的限制，目前常用的高比推力的化學(xué)能推進(jìn)劑為液氧和液氫;二是采用高強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)材料，盡量減輕火箭的結(jié)構(gòu)質(zhì)量，這種辦法也受當(dāng)前科學(xué)技術(shù)水平的限制;三是增加火箭的推進(jìn)劑的質(zhì)量，但單純?cè)黾油七M(jìn)劑質(zhì)量也不行，當(dāng)G T增加時(shí)貯箱的容積也增加，結(jié)構(gòu)質(zhì)量隨之增加。（G T + G J）/ G J的比值是非線性增長(zhǎng)的，當(dāng)推進(jìn)劑適量增多時(shí)該比值增長(zhǎng)幅度較大。但當(dāng) G T越來越大時(shí)，該比值的增長(zhǎng)幅度將越來越小，最終會(huì)趨于一個(gè)常值。也就是在P b不變的情況下，無論G T怎樣增加，火箭的末速度會(huì)停留在某個(gè)數(shù)值上而不再增大.這一結(jié)果可以比較直觀地說明，即當(dāng)推進(jìn)劑增加時(shí)，除了貯箱容積增大之外，貯箱所受到的載荷也在增加，因而貯箱的箱壁越來越厚，貯箱也越來越重?；鸺w行一段時(shí)間之后，推進(jìn)劑被消耗，貯箱越來越空，推進(jìn)劑釋放出來的能量不僅要加速有效載荷，還要加速這部分空貯箱，如果貯箱越重，用于加速空貯箱的推進(jìn)劑比例就越大，直到速度不再增加。
隨著人類逐漸進(jìn)入深空探測(cè)和空間飛行器的功能增多，要求火箭具有更大的運(yùn)載能力，因而出現(xiàn)了多級(jí)火箭。簡(jiǎn)單地說，多級(jí)火箭就是把幾個(gè)單級(jí)火箭連接在一起形成的，其中的一個(gè)火箭先工作，工作完畢后與其他的火箭分開，然后第二個(gè)火箭接著工作，依此類推.由幾個(gè)火箭組成的就稱為幾級(jí)火箭，如二級(jí)火箭，三級(jí)火箭，等等.需要指出的是，如果多個(gè)火箭同時(shí)工作，它們只能算作一個(gè)級(jí).多級(jí)火箭的優(yōu)點(diǎn)是每過一段時(shí)間就把不再有用的結(jié)構(gòu)拋棄掉，無需再消耗推進(jìn)劑來帶著它和有效載荷一起飛行.因此，只要在增加推進(jìn)劑質(zhì)量的同時(shí)適當(dāng)?shù)貙⒒鸺殖扇舾杉?jí).最終可以使火箭達(dá)到足夠大的運(yùn)載能力.應(yīng)當(dāng)注意，火箭在某個(gè)確定的起飛質(zhì)量(G T + G J)下并非級(jí)數(shù)越多越好，因?yàn)槊恳患?jí)火箭除了貯箱外至少還必須有動(dòng)力系統(tǒng)，控制系統(tǒng)，伺服機(jī)構(gòu)以及連接各級(jí)火箭的連接結(jié)構(gòu)等.每增加一級(jí)，這些組成部分就增加一份.級(jí)數(shù)太多不僅費(fèi)用增加，可靠性降低，火箭性能也會(huì)因結(jié)構(gòu)質(zhì)量增加而變壞.因?yàn)樵谄痫w質(zhì)量不變的前提下，增大結(jié)構(gòu)質(zhì)量必然要減少推進(jìn)劑，從能量守恒原理可知其運(yùn)載能力必然下降.總之，為了提高火箭的運(yùn)載能力，采用多級(jí)火箭是個(gè)好辦法，但不是級(jí)數(shù)越多越好，它與起飛質(zhì)量之間有著某種對(duì)應(yīng)關(guān)系.多級(jí)火箭可以是串聯(lián)式的，并聯(lián)式的或串并聯(lián)式的，但常用的形式是串聯(lián)和串并聯(lián).串聯(lián)就是將多個(gè)火箭通過級(jí)間連接/分離機(jī)構(gòu)連成一串，第一子級(jí)(多級(jí)火箭中上面級(jí)火箭就是下面級(jí)火箭的有效載荷，不含有效載荷的火箭稱為子級(jí)火箭)在最底下，先工作，工作完畢后通過連接/分離機(jī)構(gòu)被拋棄掉，接著，其上面級(jí)火箭依次工作并被依次拋棄，直至有效載荷進(jìn)入飛行軌道.并聯(lián)就是將多個(gè)火箭并排地連接在一起，周圍的子級(jí)火箭先工作，工作完畢后被依次拋棄，中央的芯級(jí)火箭最后工作。以這種方式連接的多級(jí)火箭又稱為捆綁式火箭。如果芯級(jí)火箭本身是串聯(lián)式多級(jí)火箭，這種形式就是串并聯(lián)。在"長(zhǎng)征"系列火箭中，長(zhǎng)征二號(hào)E、長(zhǎng)征二號(hào)F和長(zhǎng)征三號(hào)B是串并聯(lián)式火箭，而其余的"長(zhǎng)征"系列火箭則都是串聯(lián)式火箭.
