Konštruktéri sa pasovali s mnohými technickými problémami a jednou z najväčších prekážok, ktoré potrebovali prekonať, bolo vyvinutie pohonu, ktorý by bol dostatočne silný na vynesenie vesmírnej lode s váhou niekoľkých ton a zároveň by spoľahlivo fungoval aj mimo atmosféry.
Raketové motory preto nesmú byť závislé od prítomnosti kyslíka v okolitom prostredí. Poháňať ich pritom môže tuhé alebo kvapalné palivo. V súčasnosti sa motory na tuhé palivo používajú najmä v prídavných štartovacích stupňoch, nazývaných tiež boostery, ktoré nachádzajú svoje využitie v prvých momentoch po štarte. Palivo spaľujú až do doby, kým ho úplne neminú, a teda nie je možné regulovať ich výkon či motor predčasne vypnúť. Hlavné motory nosných rakiet či raketoplánov fungujú, naopak, na kvapalné palivo. Tieto motory sú výkonnejšie a operatívnejšie, no na druhej strane majú aj niektoré svoje nevýhody. Ich konštrukcia je značne zložitejšia, čo so sebou zákonite nesie vyššie riziko prípadnej poruchy či havárie. Z pohľadu pomeru ťahu motora k množstvu spotrebovaného paliva však jasne víťazí kvapalný pohon, ktorý má takmer dvakrát vyšší špecifický impulz ako motor na tuhé palivo.
Ako funguje raketový motor?
V motore na tekuté palivo sa miešajú a spaľujú dve zložky: palivo a okysličovadlo. Tie sú do motora privádzané z dvoch samostatných nádrží tvoriacich podstatnú časť objemu nosnej rakety. Súčasťou systému sú aj turbočerpadlá, ktoré zaisťujú dostatočné vháňanie paliva do spaľovacej komory a zároveň umožňujú podľa potreby zvýšiť alebo znížiť výkon. Tieto turbočerpadlá sú veľmi výkonné, pričom ich poháňa časť paliva a okysličovadla, odvádzaná do samostatného generátora. Napríklad na amerických raketoplánoch z programu Space Shuttle dosahovali turbočerpadlá až 30 000 otáčok za minútu. Pre hladký let je veľmi dôležité zabezpečiť stabilitu v spaľovaní paliva, inak totiž môže dôjsť k vibráciám, ktoré môžu spôsobiť až zlyhanie motora. Najpodstatnejšou časťou raketového motora je spaľovacia komora. Tá je rovnako ako dýza, z ktorej produkty spaľovania prúdia von, vystavená vysokým teplotám. Aby sa materiál, z ktorého sú vyrobené, neroztavil, musia byť neustále chladené. A deje sa to naozaj dômyselne. Tieto časti motora totiž chladí samotné palivo prechádzajúce z palivovej nádrže do motora cez systém trubíc lemujúcich vonkajšiu časť dýzy. Takýmto palivom, prúdiacim cez takzvanú „špagetovú konštrukciu“, býva napríklad tekutý vodík schladený na teplotu -250 °C.
Vodík alebo petrolej
V súčasnosti sa v raketových motoroch najviac využíva kombinácia kvapalného vodíka s kvapalným kyslíkom, pričom palivom je vodík a okysličovadlom, ktorého úlohou je vyvolať silnú termickú reakciu, je kyslík. Tento typ kvapalného pohonu bol použitý napríklad v druhom a treťom stupni rakiet Saturn V, ktoré vynášali posádky Apolla do vesmíru pri misiách k Mesiacu, a tiež sa využíva v niektorých vyšších stupňoch rakiet Atlas V, Delta IV Heavy, Ariane 5. Vybavená ním bude aj nosná raketa SLS na všetkých troch svojich stupňoch. Pri štarte jej budú ešte pomáhať „boostery“ na tuhé palivo. SLS použije NASA vo svojom novom programe Artemis, ktorého cieľom je dopraviť do roku 2024 astronautov na južný pól Mesiaca. Alternatívou k tekutému vodíku je palivo známe ako RP-1 (Rocket Propellant-1). Ide o veľmi čistú formu petroleja, z ktorej sú odstránené mnohé prímesi a nečistoty. Jeho výhodou v porovnaní s tekutým vodíkom je lepšia manipulácia a nižšie náklady potrebné na výrobu. Na druhej strane nedosahuje takú účinnosť. Ako okysličovadlo býva aj v tomto prípade použitý kvapalný kyslík. RP-1 používala pätica motorov prvého stupňa Saturnu V, sovietske Sojuzy a tiež sa stalo voľbou pre nosné rakety Falcon Heavy súkromnej spoločnosti SpaceX.
Najvyššia raketa bude mať 43 motorov
Mimo zaužívaných ciest sa SpaceX vybrala v prípade svojej najväčšej rakety BFR (Big Falcon Rocket), ktorá s výškou 118 metrov prekoná aj legendárny Saturn V, a stane sa najvyššou nosnou raketou histórie. Dvojstupňová BFR bude spaľovať metán v kombinácii s tekutým kyslíkom. Na svojom prvom stupni bude mať až 37 motorov Raptor, na druhom ďalších 6. V situáciách, keď sa vesmírna loď nachádza v otvorenom vesmíre a keď je pre prežitie posádky nevyhnutné, aby motor nezlyhal, nachádza svoje uplatnenie hydrazín v kombinácii s oxidom dusičitým. Tieto dve látky totiž vzplanú automaticky pri vzájomnom kontakte. Použité boli napríklad v motore lunárneho modulu misií Apollo, keď mali astronauti len jeden pokus na to, aby odštartovali z mesačného povrchu. Keďže nepotrebujú žiadny zážih, sú spoľahlivé, no na druhej strane prinášajú aj vyššie nebezpečenstvo havárie. Hydrazín a oxid dusičitý sú vysoko toxickými látkami.
Zákon akcie a reakcie: Pri štarte rakety sa uplatňuje tretí Newtonov pohybový zákon, nazývaný aj zákon akcie a reakcie. Akciou je v tomto prípade uvoľňovanie produktov spaľovania z motorov, reakciou pohyb rakety smerom nahor.
Mohlo by vás zaujať:
Našu Zem zblízka obieha nový vesmírny objekt
Najväčšie vesmírne projekty najbližších rokov
Transportéry NASA: Pomalé a lačné, ale nenahraditeľné
