Cosa spinge i razzi?

Usiamo i razzi per portarci ai confini dell'esplorazione umana e per mettere in orbita la tecnologia che connette individui lontani e ci permette di creare e implementare alcune delle nostre tecnologie più complesse. Eppure, di tutti i motori usati per muovere noi e i nostri sistemi, il motore a razzo è probabilmente il più semplice.

Combustione

Quando il carburante brucia, si combina con l'ossigeno per formare gas più leggeri e calore. Questo si chiama combustione. I gas si espandono rapidamente poiché sono molto meno densi del carburante stesso. Quando la polvere da sparo in un petardo brucia, i gas in espansione non hanno dove andare, così l'improvviso aumento di pressione distrugge l'involucro del petardo. Il debole sigillo tra l'involucro e il proiettile in un colpo di munizione permette ai gas in espansione di spingere il proiettile lontano dall'involucro e fuori dalla canna della pistola. Spinge anche la pistola lontano dal sito della combustione, causando il rinculo quando si spara. I motori a combustione bruciano carburanti per creare movimento, ma mentre i motori a gas usano quella combustione per muovere macchinari complessi, i razzi usano la loro potenza direttamente. In un motore a razzo, come con un proiettile, la forza creata dalla combustione dei carburanti è focalizzata in una direzione; è focalizzata verso l'apertura della canna in una pistola e verso l'apertura alla base del razzo in un motore a razzo. Invece di usare la combustione per spingere un proiettile lontano dai gas in espansione, un motore a razzo usa quella forza per spingere se stesso lontano dai gas in espansione, proprio come il rinculo di un fucile.

Ossidante

Il propellente per razzi è una combinazione di carburante e ossidante. Il carburante ha bisogno di ossigeno per bruciare. Qualsiasi ossigeno presente nell'aria all'interno di un motore a razzo viene rapidamente consumato durante la combustione. I motori a razzo usano ossidanti, sostanze che rilasciano ossigeno mentre il carburante brucia, per fornire una fonte costante di ossigeno. I due principali tipi di carburante usati nei propellenti per razzi sono solido e liquido.

Propellente solido

I propellenti solidi sono leggeri e stabili a temperatura ambiente. Sono progettati con un nucleo cavo che permette ai gas in espansione di fuoriuscire mentre il carburante brucia. L'ossidante è incorporato nella miscela del propellente. I carburanti solidi non possono essere fermati una volta accesi. Questi motori bruciano finché il carburante non è esaurito. I due razzi a propellente solido ai lati del serbatoio esterno dello Space Shuttle forniscono la spinta principale durante il decollo. Per la loro stabilità e semplicità, i propellenti solidi sono usati anche nei razzi modellistici commerciali.

Propellente liquido

In un razzo che usa propellenti liquidi, il carburante e l'ossidante sono immagazzinati in serbatoi separati. I due liquidi vengono fatti mescolare, spesso spruzzati insieme nella camera di combustione, e si accendono a contatto o vengono accesi da una fonte di accensione esterna, a seconda del tipo di propellente. Questi carburanti sono meno stabili di quelli solidi – l'ossigeno liquido, un ossidante comune, deve essere mantenuto a temperature molto basse per restare liquido. La combustione del propellente liquido può, tuttavia, essere regolata o persino interrotta prima che il carburante sia esaurito. Il grande serbatoio esterno a cui lo Space Shuttle è agganciato durante il lancio trasporta il propellente liquido che lo Shuttle usa durante il decollo.