火箭点火后，几千摄氏度的燃气沿着喷管冲出去。光是这个温度，就足以让许多常见金属失去强度，甚至熔化。奇怪的是，有些喷管能烧得通红，有些发动机外壁却能结霜。
决定它们能不能撑住的，既有材料，也有热量进入管壁后去哪里。燃气温度很高，不代表金属必须达到同样的温度；只要控制进入壁面的热流，并及时移走热量，管壁就可能保持在允许范围内。
火箭的散热办法，也因此远比“找一种不会熔的金属”丰富。
让一层材料先被消耗
人发烧时会用退热贴，火箭也有一种会逐渐消耗的保护层：烧蚀材料。
在燃烧室或喷管的高温侧铺设经过设计的材料后，受热分解、挥发和表面侵蚀等过程会消耗能量，形成的炭化层和释放的气体也能减弱热量继续向内传递。不同配方的工作过程有差别，不能简单理解成铺一层“熔点足够高”的金属。[2]
航天器再入大气层时，也可以采用烧蚀式防热罩。保护层在外侧经历变化，舱体内部得到保护；消耗材料本身就是设计的一部分。
它的代价同样直观：能用的保护材料有厚度和质量限制。一次工作消耗掉一部分，下一次任务就不能假定它自动恢复到原样。允许的燃烧时间、侵蚀量与检查维护都要提前算进去。
燃料先绕过火焰，再进去燃烧
另一种办法更像汽车发动机的水冷系统。汽车让冷却液穿过发动机内部，再把热量带到散热器；火箭上的再生冷却则可以直接让推进剂承担运热任务。
在进入燃烧室之前，推进剂先流过燃烧室和喷管壁中的冷却通道。热量从燃气穿过内壁，传给通道里的流体；推进剂吸热后，再进入发动机的后续流程。很多设计使用燃料冷却，也有采用氧化剂的方案。[1]
液氢、液态甲烷等低温燃料，从储存状态进入冷却通道时，与热壁之间有很大的温差。液态甲烷在常压下的沸点约为−161℃，不过实际储存和流道里的温度还受压力影响，不能把这一数值当成所有管路的固定温度。[6]
液氧也是常见的低温推进剂，但它属于氧化剂；把液氧、液氢和甲烷全部叫作燃料，会把两种角色混在一起。
这套办法的巧妙之处在于，带走壁面热量的流体仍会进入发动机，热量跟着它回到工作流程中。它减少了直接向外丢弃这部分热量的需要，但并不意味着所有损失消失，也不能据此保证燃烧效率在任何工况下都增加。
RL10就是使用液氢冷却燃烧室和喷管的例子。吸热后的氢气还可以驱动涡轮，带动推进剂泵；这已经超出了单纯给壁面降温的作用，成为发动机循环的一环。[7]
低温外壁结霜与里面正在燃烧，并不矛盾：一个是外表面与周围潮湿空气的作用，一个是内部燃气的状态，中间还有冷却流体和材料共同维持温差。
一排细管，为什么是制造难题
土星五号所用F-1等发动机采用过管束构成壁面的结构，把许多细管连接成燃烧室和喷管的一部分。后来又发展出在壁面加工通道、再将通道封闭的结构。它们看起来都像给火焰围了一圈密集的细水道。[1]
通道不仅要导热，还要承受高压、温差与反复启动造成的应力。为了让流体按设计流动，并避免高温燃气反窜，冷却回路通常需要足够的压力；薄薄的通道壁也必须守住两侧流体的边界。
NASA对一种再生冷却推力室的介绍中，给出的局部壁厚可以薄至约0.02英寸，也就是约0.5毫米。这个数字属于该技术介绍中的薄壁结构，不能推广为所有火箭喷管的厚度。[3]
壁面越薄，热量越容易穿过；做得太薄，又会在强度、加工和寿命上遇到困难。冷却流道的设计正夹在这些要求之间。
如果流道破裂，后果可能十分严重。下面的薄膜冷却是一种可以配合使用的热防护方法，不能当作管道破裂后必然接手的保险。
给热气与金属之间加一层流体
薄膜冷却把一小股较冷的流体引到壁面附近，让它顺着内壁流动。高温主流接近壁面时，先遇到这层较冷的边界流，传给金属的热量因此减少。
这里的“膜”不是贴牢不动的保鲜膜。它在高速流场里不断流动、混合，能保护多远、会不会被主流迅速卷走，都与喷入位置、速度、流量和几何形状有关。
拿出一部分推进剂做这件事，也会改变发动机的性能分配。有的设计利用燃气发生器或涡轮排气沿喷管壁流动，同时处理排气与局部热防护；这种利用同样需要按具体发动机分析。
烧红的喷管也在向外散热
在真空中，喷管外侧无法依赖周围空气形成通常意义上的对流散热。受热表面仍能通过热辐射向外放出能量，足够热时还会发出可见红光。
某些上面级发动机的喷管延伸段，就采用耐高温薄壁结构，通过辐射散热减轻冷却管路的负担。这样可以降低重量和复杂度，但材料允许温度会限制它承受的热流，必要时仍要配合其他冷却方式。[4]
薄壁本身不会神奇地消除热量，也不代表整个燃烧室都能省去主动冷却。燃烧室、喷管喉部与远端延伸段面对的压力、气流和热流不同，同一台发动机可以给不同部位安排不同办法。
2010年猎鹰9号第二次发射前，工程师发现二级发动机喷管延伸段有裂纹。经过评估，团队裁除了带裂纹的一段，火箭随后成功发射。这一事件说明，喷管出口附近的薄壁延伸结构，与承受高压的燃烧室并不是同一种部件；它也不意味着任意喷管开裂后都能直接剪掉继续飞。[5]
一台发动机，可以同时用几种办法
| 办法 | 热量怎样被控制 | 需要付出的代价 |
|---|---|---|
| 烧蚀冷却 | 材料受热变化并逐步消耗，保护内部结构 | 材料有消耗和寿命限制 |
| 再生冷却 | 推进剂穿过壁内通道，把热量带回发动机流程 | 流道、压降、结构与制造复杂 |
| 薄膜冷却 | 较冷流体在壁面附近减小传热 | 流量与性能之间要权衡 |
| 辐射冷却 | 高温表面向外辐射能量 | 受材料温度与允许热流限制 |
燃气可以很热，金属壁温却必须被控制；外侧可以结霜，另一段又可以通红。把这些现象连起来看，就能看出每个部位都有自己的热量路径，材料、流体和结构也各自承担着不同的任务。