Πυραυλοκινητήρας

Πυραυλοκινητήρας RS-68 δοκιμάζεται στο Διαστημικό Κέντρο Στένις της NASA.

Πυραυλοκινητήρας Viking 5C, τύπος που είχαν οι ευρωπαϊκοί πύραυλοι Ariane 1 έως και Ariane 4.

Ο πυραυλοκινητήρας είναι κινητήρας που βασίζεται στην αρχή δράση-αντίδραση, παράγει δηλαδή ώθηση σύμφωνα με τον Τρίτο Νόμο του Νεύτωνα, εκτοξεύοντας με μεγάλη ταχύτητα μάζα προς τα πίσω, συνήθως έναν πίδακα αερίου σε υψηλή θερμοκρασία, που παράγεται από την καύση υλικών αποθηκευμένων στο εσωτερικό του πυραύλου. Υπάρχουν ωστόσο και πυραυλοκινητήρες χωρίς καύση, όπως οι εκτοξευτές ψυχρού αερίου και οι πυρηνικοί θερμικοί πύραυλοι. Κάθε όχημα πυραύλου μεταφέρει το δικό του οξειδωτικό (αντίθετα με τα περισσότερα οχήματα ή σκάφη), ώστε οι πυραυλοκινητήρες να μπορούν να λειτουργούν σε κενό. Μπορούν να δώσουν πολύ υψηλές ταχύτητες, πέρα από την ταχύτητα διαφυγής ενός πλανήτη. Οχήματα που συνήθως προωθούνται με πυραυλοκινητήρες είναι οι πύραυλοι κάθε μεγέθους και τύπου, από μικρά πυροτεχνήματα μέχρι βαλλιστικούς πυραύλους και πελώρια διαστημόπλοια.

Σε σύγκριση με άλλους τύπους κινητήρων τζετ (πίδακα), οι πυραυλοκινητήρες είναι οι ελαφρότεροι και έχουν την υψηλότερη ώθηση, αλλά είναι οι λιγότερο αποδοτικοί ως προς το προωθητικό υλικό τους (έχουν τη χαμηλότερη ειδική ώθηση). Το ιδανικό καύσιμο υλικό είναι το υδρογόνο, το ελαφρύτερο από όλα τα στοιχεία, αλλά οι χημικοί πύραυλοι παράγουν ένα μείγμα βαρύτερων ουσιών, μειώνοντας την ταχύτητα εξαγωγής.

Ορολογία

Η λέξη «πύραυλος» υπονοεί παρακάτω και τον πυραυλοκινητήρα.

Οι θερμικοί πύραυλοι εκμεταλλεύονται ένα αδρανές προωθητικό, που απλώς θερμαίνεται από ηλεκτρική ενέργεια (ηλεκτροχημική προώθηση) ή από πυρηνικό αντιδραστήρα (πυρηνικός θερμικός πύραυλος).

Οι χημικοί πύραυλοι λειτουργούν με εξώθερμες οξειδοαναγωγικές χημικές αντιδράσεις του προωθητικού υλικού:

• Οι πύραυλοι στερεού καυσίμου (ή πύραυλοι στερεού προωθητικού) είναι χημικοί πύραυλοι που χρησιμοποιούν προωθητικό που βρίσκεται σε στερεά κατάσταση.
• Οι πύραυλοι υγρού προωθητικού χρησιμοποιούν ένα ή περισσότερα προωθητικά που βρίσκονται σε υγρή κατάσταση.
• Οι πύραυλοι υβριδικού προωθητικού χρησιμοποιούν ένα στερεό προωθητικό στον θάλαμο καύσεως, στο οποίο προστίθεται ένα δεύτερο, υγρό ή αέριο οξειδωτικό ή προωθητικό για να γίνει η καύση.
• Οι μονοπροωθητικοί πύραυλοι χρησιμοποιούν μία μόνο αρχική ουσία ως προωθητικό, η οποία αποσυντίθεται από έναν καταλύτη. Τα συνηθέστερα χρησιμοποιούμενα μονοπροωθητικά υλικά είναι η υδραζίνη και το υπεροξείδιο του υδρογόνου.

Αρχή λειτουργίας

Οι πυραυλοκινητήρες παράγουν ώθηση με την εξώθηση ρευστού το οποίο έχει επιταχυνθεί σε μεγάλη ταχύτητα μέσα από ένα προωθητικό ακροφύσιο. Το ρευστό αυτό είναι συνήθως ένα αέριο που δημιουργείται από καύση υπό υψηλή πίεση στερεών ή υγρών προωθητικών propellants, που αποτελούνται από καύσιμο και οξειδωτικό παράγοντα, εντός ενός θαλάμου καύσεως. Καθώς τα αέρια διέρχονται από το στενό ακροφύσιο, επιταχύνονται σε υψηλές υπερηχητικές ταχύτητες και η αρχή της διατηρήσεως της ορμής του συστήματος πυραύλου και εξερχόμενων αερίων (δράση-αντίδραση) ωθεί τον όλο πύραυλο προς την αντίθετη κατεύθυνση. Η καύση εφαρμόζεται συχνότερα στους πρακτικούς πυραύλους, καθώς οι νόμοι της θερμοδυναμικής (συγκεκριμένα το Θεώρημα του Καρνό) υποδεικνύουν ότι οι υψηλές θερμοκρασίες και πιέσεις είναι επιθυμητές για την καλύτερη θερμική απόδοση. Οι πυρηνικοί θερμικοί πύραυλοι μπορούν να έχουν καλύτερους συντελεστές αποδόσεως, αλλά προσφέρουν μικρή ώθηση εξαιτίας της μικρής μάζας των προωθητικών τους, και επίσης η χρήση τους παρουσιάζει περιβαλλοντικά προβλήματα που αποκλείουν την ευρεία χρήση τους εντός της γήινης ατμόσφαιρας και του κοντινού σε αυτή διαστήματος.

Για μικρούς πρότυπους πυραύλους μια εναλλακτική ως προς την καύση χρήση είναι ένας πυραυλοκινητήρας εκτοξεύσεως νερού, το οποίο συμπιέζεται από πεπιεσμένο αέρα, διοξείδιο του άνθρακα, άζωτο, ή όποιο άλλο εύκολα διαθέσιμο αδρανές αέριο.