Un motore a razzo è un tipo di motore a reazione, il che significa che è un motore a reazione che crea spinta scaricando un flusso di gas ad alta velocità nella direzione opposta alla direzione di marcia desiderata, spingendosi in avanti a causa della conservazione della quantità di moto. La caratteristica distintiva di un razzo è che il suo getto propulsivo è prodotto interamente dalla massa propellente del motore, senza che nulla di esso venga prelevato dall’ambiente esterno. Questo differisce da altre forme di motori a reazione, come turboreattori, turbofan e ramjet, che mescolano il loro carburante con l’aria compressa dall’atmosfera per bruciare il loro carburante e produrre un jet. La tecnologia del motore a razzo è essenziale per il volo spaziale, perché i razzi possono operare al di fuori di un’atmosfera. I razzi vengono utilizzati anche per scopi come fuochi d’artificio, armi e velivoli ad alta velocità.
Esistono diverse forme di motore a razzo. Il tipo più comunemente usato è chiamato razzo chimico. Un razzo chimico viene spinto in avanti da reazioni chimiche nel suo propellente che producono calore, producendo un flusso di scarico ad alta velocità che viene scaricato dalla parte posteriore del razzo. Ogni razzo chimico trasporta una sostanza propellente infiammabile come riserva di carburante. Questo è combinato con una sostanza ancora più infiammabile, chiamata iniziatore o accenditore. L’iniziatore viene acceso, di solito attraverso una scintilla elettrica o una carica pirotecnica, e il calore a sua volta accende il propellente, che brucia per produrre un getto di scarico propulsivo.
I prodotti chimici propellenti possono essere solidi, liquidi o solidi combinati con liquidi o gas. In un razzo a combustibile solido, il propellente solido, chiamato grano, viene immagazzinato insieme a sostanze chimiche ossidanti che fungono da iniziatore, mentre i razzi a combustibile liquido immagazzinano il propellente liquido e l’iniziatore in serbatoi separati fino al momento di rilasciarli in la camera di combustione per miscelare. I razzi a combustibile ibrido utilizzano un propellente solido, che viene quindi miscelato con un iniziatore liquido o gassoso conservato in un serbatoio separato fino a quando non è pronto per essere utilizzato.
Il combustibile solido più comune utilizzato oggi è chiamato propellente composito perclorato di ammonio (APCP), che si riferisce a una serie di diverse miscele chimiche che incorporano sia il propellente che l’iniziatore. APCP include comunemente il perclorato di ammonio ossidante (NH4ClO4), polimeri elastici chiamati elastomeri e alluminio in polvere o altri metalli. I combustibili liquidi per missili sono spesso composti da ossigeno liquido miscelato con cherosene raffinato o idrogeno liquido o da tetrossido di diazoto (N2O4) miscelato con idrazina (N2H4) o uno dei suoi derivati.
I razzi a combustibile solido sono stati la prima forma di motore a razzo, ma sono stati ampiamente soppiantati da progetti più efficienti a combustibile liquido e ibridi. Sono ancora comunemente usati per scopi come fuochi d’artificio e modellini di razzi, tuttavia, e talvolta vengono utilizzati nei voli spaziali per lanciare piccoli carichi utili in orbita o come supplementi a un razzo a combustibile liquido al fine di aumentare la capacità di carico utile. Ad esempio, lo Space Shuttle utilizza un unico grande razzo a combustibile liquido affiancato da due più piccoli razzi a combustibile solido per raggiungere l’orbita.
Un razzo termico utilizza un propellente riscaldato da una fonte di calore esterna piuttosto che da reazioni chimiche nel propellente stesso. I razzi ad acqua calda, chiamati anche razzi a vapore, usano l’acqua come propellente riscaldandola per produrre getti di vapore. Questi sono spesso utilizzati in veicoli terrestri ad altissima velocità, come i drag racer. I razzi elettrotermici utilizzano campi elettrici per produrre plasma riscaldato, che quindi riscalda il propellente per produrre un getto. I razzi elettrotermici sono utili per produrre brevi raffiche di spinta e comunemente usati per scopi come il controllo dell’altitudine nei satelliti.
Diversi altri tipi di razzi termici sono stati proposti e potrebbero eventualmente essere utilizzati. Un razzo solare termico utilizzerebbe l’energia solare come fonte di calore, esponendo direttamente il propellente alla radiazione solare o utilizzando l’energia solare per alimentare uno scambiatore di calore che riscalderebbe il propellente. L’energia solare verrebbe raccolta e concentrata attraverso specchi o lenti per fornire abbastanza calore concentrato. Un motore a razzo termico potrebbe anche essere alimentato dall’energia trasmessagli da una fonte esterna tramite raggi laser o microonde. Un razzo termico a propulsione nucleare potrebbe riscaldare il suo propellente con l’energia di un reattore nucleare o del decadimento di isotopi radioattivi.