Сядьте в човен із вантажем у вигляді великого каменю, візьміть камінь, з силою відкиньте його від корми, – і човен попливе вперед. Це і буде найпростіша модель принципу роботи ракетного двигуна. Засіб пересування, на якому він встановлений, містить у собі і джерело енергії, і робоче тіло.
Ракетний двигун працює до тих пір, поки в його камеру згоряння надходить робоче тіло – паливо. Якщо воно рідке, то складається з двох частин: пального (добре палаючого) і окислювача (підвищувального температуру горіння). Чим більше температура, тим сильніше вириваються гази з сопла, тим більше сила, яка збільшує швидкість ракети.
Паливо буває і твердим. Тоді воно запресовується в ємність всередині корпусу ракети, що служить одночасно і камерою згоряння. Твердопаливні двигуни простіше, надійніше, дешевше, легше транспортуються, довше зберігаються. Але енергетично вони слабкіше, ніж рідинні.
З застосовуються в даний час рідких ракетних палив найбільшу енергетику дає пара «водень + кисень». Мінус: щоб зберігати компоненти в рідкому вигляді, потрібні потужні низькотемпературні установки. Плюс: при згорянні цього палива утворюється водяна пара, так що воднево-кисневі двигуни екологічно чисті. Могутніше них теоретично тільки двигуни з фтором як окислювач, але фтор – речовина вкрай агресивне.
На парі« водень + кисень »працювали найпотужніші ракетні двигуни: РД-170 (СРСР) для ракети« Енергія »і F-1 (США) для ракети« Сатурн-5 ».
. Три маршових рідинних двигуна системи «Спейс Шаттл» також працювали на водні та кисні, але їх тяги все одно не вистачало, щоб відірвати надважкий носій від землі, – довелося для розгону використовувати твердопаливні прискорювачі.
Менше з енергетики, але простіше в зберіганні та використанні паливна пара «гас + кисень». Двигуни на цьому паливі вивели на орбіту перший супутник, відправили в політ Юрія Гагаріна. Донині, практично без змін, вони продовжують доставляти на Міжнародну космічну станцію пілотовані «Союзи ТМА» з екіпажами і автоматичні «Прогресси М» з паливом і вантажами.
Паливну пару «несиметричний диметилгидразин + азотний тетраоксид» можна зберігати при звичайній температурі, а при змішуванні вона сама запалюється. Але це паливо, що носить ім’я гептил, дуже отруйна. Вже яке десятиліття воно застосовується на російських ракетах серії «Протон», одних із самих надійних. Тим не менше, кожна аварія, що супроводжується викидом гептилу, перетворюється на головний біль для ракетників.
Ракетні двигуни єдині з існуючих допомогли людству спочатку подолати тяжіння Землі , потім відправити автоматичні зонди до планет Сонячної системи, а чотири з них – і геть від Сонця, в міжзоряний плавання.
Існують ще ядерні, електричні та плазмові ракетні двигуни, але вони або не вийшли з стадії проектування, або тільки починають освоюватися, або непридатні при зльоті та посадці. У другому десятилітті XXI століття переважна більшість ракетних двигунів – хімічні. І межа їх досконалості практично досягнутий.
Теоретично описані ще фотонні двигуни, що використовують енергію закінчення квантів світла. Але поки що немає навіть натяків на створення матеріалів, здатних витримати зоряну температуру анігіляції. А експедиція до найближчої зірці на фотонному зорельоті повернеться додому не раніше ніж через десять років. Потрібні двигуни на іншому принципі, ніж реактивна тяга …
