Un moteur-fusée est un type de moteur à réaction, ce qui signifie qu’il s’agit d’un moteur à réaction qui crée une poussée en déversant un flux de gaz à grande vitesse dans le sens opposé de la direction de déplacement souhaitée, se propulsant vers l’avant en raison de la conservation de la quantité de mouvement. La caractéristique distinctive d’une fusée est que son jet propulsif est entièrement produit à partir de la propre masse propulsive du moteur, sans aucune prise de l’environnement extérieur. Cela diffère des autres formes de moteurs à réaction, tels que les turboréacteurs, les turboréacteurs et les statoréacteurs, qui mélangent leur carburant avec de l’air comprimé de l’atmosphère pour brûler leur carburant et produire un jet. La technologie des moteurs de fusée est essentielle aux vols spatiaux, car les fusées peuvent fonctionner en dehors de l’atmosphère. Les roquettes sont également utilisées à des fins telles que les feux d’artifice, les armes et les avions à grande vitesse.
Plusieurs formes de moteur de fusée existent. Le type le plus couramment utilisé est appelé fusée chimique. Une fusée chimique est propulsée vers l’avant par des réactions chimiques dans son propulseur qui produisent de la chaleur, produisant un flux d’échappement à grande vitesse qui est déchargé par l’arrière de la fusée. Chaque fusée chimique transporte une substance propulsive inflammable comme source de carburant. Ceci est combiné avec une substance encore plus inflammable, appelée l’initiateur ou l’allumeur. L’initiateur est allumé, généralement par une étincelle électrique ou une charge pyrotechnique, et la chaleur enflamme à son tour le propulseur, qui brûle pour produire un jet d’échappement propulsif.
Les produits chimiques propulseurs peuvent être des solides, des liquides ou des solides combinés à des liquides ou des gaz. Dans une fusée à combustible solide, le propergol solide, appelé grain, est stocké avec des produits chimiques oxydants qui servent d’initiateur, tandis que les fusées à combustible liquide stockent le propergol liquide et l’initiateur dans des réservoirs séparés jusqu’à ce qu’il soit temps de les libérer dans la chambre de combustion à mélanger. Les fusées à carburant hybride utilisent un propergol solide, qui est ensuite mélangé à un initiateur liquide ou gazeux stocké dans un réservoir séparé jusqu’à ce qu’il soit prêt à être utilisé.
Le combustible solide le plus couramment utilisé aujourd’hui est appelé propulseur composite au perchlorate d’ammonium (APCP), qui fait référence à un certain nombre de mélanges chimiques différents qui incorporent à la fois le propulseur et l’initiateur. L’APCP comprend généralement le perchlorate d’ammonium oxydant (NH4ClO4), des polymères élastiques appelés élastomères et de l’aluminium en poudre ou d’autres métaux. Les carburants liquides pour fusées sont souvent composés d’oxygène liquide mélangé à du kérosène raffiné ou d’hydrogène liquide ou de tétroxyde de diazote (N2O4) mélangé à de l’hydrazine (N2H4) ou l’un de ses dérivés.
Les fusées à combustible solide ont été la première forme de moteur de fusée, mais ont été largement supplantées par des conceptions hybrides et à combustible liquide plus efficaces. Cependant, ils sont encore couramment utilisés à des fins telles que les feux d’artifice et les modèles réduits de fusées, et sont parfois utilisés dans les vols spatiaux pour lancer de petites charges utiles en orbite ou en complément d’une fusée à carburant liquide afin d’augmenter la capacité de charge utile. Par exemple, la navette spatiale utilise une seule grande fusée à combustible liquide flanquée de deux petites fusées à combustible solide pour atteindre l’orbite.
Une fusée thermique utilise un propulseur qui est chauffé à partir d’une source de chaleur externe plutôt que par des réactions chimiques dans le propulseur lui-même. Les fusées à eau chaude, également appelées fusées à vapeur, utilisent l’eau comme propulseur en la chauffant pour produire des jets de vapeur. Ceux-ci sont fréquemment utilisés dans les véhicules terrestres à très grande vitesse, tels que les dragsters. Les fusées électrothermiques utilisent des champs électriques pour produire du plasma chauffé, qui chauffe ensuite le propulseur pour produire un jet. Les fusées électrothermiques sont utiles pour produire de brèves poussées et couramment utilisées à des fins telles que le contrôle de l’altitude dans les satellites.
Plusieurs autres types de fusées thermiques ont été proposés et pourraient éventuellement voir le jour. Une fusée solaire thermique utiliserait l’énergie solaire comme source de chaleur, soit en exposant le propulseur directement au rayonnement du soleil, soit en utilisant l’énergie solaire pour alimenter un échangeur de chaleur qui chaufferait le propulseur. L’énergie solaire serait recueillie et concentrée à travers des miroirs ou des lentilles pour fournir suffisamment de chaleur concentrée. Un moteur de fusée thermique pourrait également être alimenté par l’énergie qui lui est transmise à partir d’une source externe via des faisceaux laser ou micro-ondes. Une fusée thermique à propulsion nucléaire pourrait chauffer son propulseur avec l’énergie d’un réacteur nucléaire ou de la désintégration d’isotopes radioactifs.