Существует множество типов и концепций ракетных двигателей, но все они базируются на одном принципе: разгон, тем или иным способом, рабочего тела (условно говоря топлива) до огромных скоростей, с последующим выбросом его в сторону, обратную требуемому направлению движения.
Не буду подробно описывать принципы действия всех типов двигателей, опишу только принцип двигателей реально применяющихся для запуска спутников и прочих марсоходов.
Итак, на данный момент для запуска ракет используют химические ракетные двигатели. Их общий принцип таков:
Горючее смешивается с окислителем в камере сгорания и происходит экзотермическая реакция окисления (горение с выделением большого количества тепла).
Образовавшиеся в результате газы оказываются разогреты до очень высоких температур, и, расширяясь, разгоняются до сверхзвуковых скоростей в сопле двигателя (сопло Лаваля), формируя реактивную струю.
При истечении струи из сопла, по закону сохранения импульса, появляется реактивная тяга, толкающая ракету в направлении обратном направлению истечения реактивной струи.
Химические ракетные двигатели в свою очередь делятся на три подтипа:
— жидкостные (ЖРД)
Горючее и окислитель хранятся в жидком состоянии и подаются в камеру сгорания принудительно. Такие двигатели позволяют регулировать силу тяги. Кроме того, такой двигатель можно заглушить и снова запустить.
— твердотопливные (РДТТ)
Горючее и окислитель хранятся в виде смеси твердых веществ, при этом топливный отсек и камера сгорания совмещены. Конструкция таких двигателей проще чем у жидкостных, а потому они дешевле и надежней. Однако, они обеспечивают меньшую тягу и их нельзя выключить и снова включить.
— гибридные (ГРД)
Горючее хранится в твердом состоянии, а окислитель в жидком (или наоборот). Эти двигатели более надежны, чем жидкостные, и в то же время дешевле. При этом, как и жидкостные, позволяют многократное включение.
Кроме химических РД применяются электрические РД электростатического типа. Правда, ввиду малой тяги, их применяют на спутниках в качестве маневровых двигателей (корректировка орбиты и ориентации).
В целом есть три категории ЭРД:
— электростатические
Рабочее тело — ионы — разгоняется в электростатическом поле.
— электротермические
Рабочее тело — газ. Оно разогревается электрическим нагревательным элементом и истекает через сопло Лаваля.
— электромагнитные (плазменные)
Рабочее тело, разогретое до состояния плазмы, разгоняется в электромагнитном поле.
Так же в проводились разработки ядерно-термических ракетных двигателей. В таких двигателях рабочее тело подается в камеру ядерного реактора и, разогревшись до очень высоких температур, в виде плазмы истекает через сопла двигателя.