Vad är en raketmotor?

En raketmotor är en typ av jetmotor, vilket innebär att det är en reaktionsmotor som skapar dragkraft genom att släppa ut en höghastighetsström av gas i motsatt riktning mot den önskade färdriktningen, som driver sig själv framåt på grund av bevarande av momentum. En rakets utmärkande kännetecken är att dess framdrivningsjet produceras helt och hållet från motorns egen drivmedelsmassa, utan att något av det tas från den yttre miljön. Detta skiljer sig från andra former av jetmotorer, som turbojets, turbofans och ramjets, som blandar sitt bränsle med komprimerad luft från atmosfären för att förbränna sitt bränsle och producera ett jetplan. Raketmotorteknik är avgörande för rymdfärder, eftersom raketer kan fungera utanför en atmosfär. Raketer används också för ändamål som fyrverkerier, vapen och höghastighetsflygplan.

Flera former av raketmotorer finns. Den vanligaste typen kallas en kemisk raket. En kemisk raket drivs framåt av kemiska reaktioner i dess drivmedel som producerar värme, som producerar en ström av höghastighetsavgaser som släpps ut från raketens baksida. Varje kemisk raket har ett brandfarligt drivmedel som bränsleförsörjning. Detta kombineras med ett ännu mer brandfarligt ämne, kallat initiator eller tändare. Initiatorn antänds, vanligtvis genom en elektrisk gnista eller pyroteknisk laddning, och värmen antänder i sin tur drivmedlet, som brinner för att producera en framdrivande avgasstråle.

Drivmedelskemikalierna kan vara fasta ämnen, vätskor eller fasta ämnen i kombination med vätskor eller gaser. I en fastbränsleraket lagras det fasta drivmedlet, kallat spannmål, tillsammans med oxiderande kemikalier som fungerar som initiator, medan flytande bränsleraketer lagrar det flytande drivmedlet och initiatorn i separata tankar tills det är dags att släppa ut dem i förbränningskammaren att blanda. Hybridbränsleraketer använder ett fast drivmedel, som sedan blandas med en flytande eller gasformig initiator som lagras i en separat tank tills den är redo att användas.

Det vanligaste fasta bränslet som används idag kallas ammoniumperkloratkompositdrivmedel (APCP), vilket syftar på ett antal olika kemiska blandningar som innehåller både drivmedlet och initiatorn. APCP inkluderar vanligtvis oxidationsmedlet ammoniumperklorat (NH4ClO4), elastiska polymerer som kallas elastomerer och pulveriserat aluminium eller andra metaller. Flytande raketbränslen består ofta av flytande syre blandat med raffinerad fotogen eller flytande väte eller av dikvävetetroxid (N2O4) blandat med hydrazin (N2H4) eller något av dess derivat.

Fastbränsleraketer var den första formen av raketmotorer, men har till stor del ersatts av mer effektiva flytande bränsle- och hybridkonstruktioner. De används fortfarande ofta för ändamål som fyrverkerier och modellraketer, men de används ibland i rymdfärder för att skjuta upp små nyttolaster i omloppsbana eller som komplement till en flytande bränsleraket för att öka nyttolastkapaciteten. Till exempel använder rymdfärjan en enda stor raket med flytande bränsle flankerad av två mindre fastbränsleraketer för att nå omloppsbana.

En termisk raket använder ett drivmedel som värms upp från en extern värmekälla snarare än genom kemiska reaktioner i själva drivmedlet. Varmvattenraketer, även kallade ångraketer, använder vatten som drivmedel genom att värma upp det för att producera ångastrålar. De används ofta i mycket höghastighets landfordon, såsom dragracers. Elektrotermiska raketer använder elektriska fält för att producera uppvärmd plasma, som sedan värmer upp drivmedlet för att producera en jet. Elektrotermiska raketer är användbara för att producera korta dragkraftsskurar och används ofta för ändamål som höjdkontroll i satelliter.
Flera andra typer av termiska raketer har föreslagits och kan så småningom komma till användning. En solvärmeraket skulle använda solenergi som värmekälla, antingen genom att utsätta drivmedlet direkt för strålning från solen eller använda solenergi för att driva en värmeväxlare som skulle värma drivmedlet. Solenergin skulle samlas in och koncentreras genom speglar eller linser för att ge tillräckligt med koncentrerad värme. En termisk raketmotor kan också drivas av energi som överförs till den från en extern källa via laser- eller mikrovågsstrålar. En kärnkraftsdriven termisk raket skulle kunna värma sitt drivmedel med energin från en kärnreaktor eller från sönderfallet av radioaktiva isotoper.