Cosa sono i razzi?

Un motore a razzo funziona secondo la terza legge di Newton: espellendo gas ad alta velocità all'indietro, riceve una spinta uguale e opposta in avanti. A differenza di un motore a getto, che usa l'ossigeno dell'atmosfera per bruciare il carburante, un razzo porta con sé sia il carburante che l'ossidante. Questa indipendenza dall'aria gli permette di funzionare nel vuoto dello spazio, ma lo costringe anche a trasportare una massa enorme: in un tipico lanciatore orbitale, più dell'85% della massa sulla rampa di lancio è propellente.

I razzi a propellente solido, discendenti dei fuochi d'artificio cinesi del XIII secolo, mescolano carburante e ossidante in un unico blocco che brucia tutto insieme; sono semplici e potenti, ma non possono essere spenti né regolati. I razzi a propellente liquido, fatti volare con successo per la prima volta da Robert Goddard nel 1926, pompano due liquidi separati nella camera di combustione, ad esempio cherosene o idrogeno con ossigeno liquido; sono più complessi, ma possono essere regolati, spenti e riaccesi, il che li rende indispensabili per manovre e atterraggi. Gli ibridi combinano un propellente solido con un ossidante liquido e occupano una piccola nicchia.

Per raggiungere l'orbita terrestre bassa sono necessari circa 7,8 km/s, oltre alle perdite per gravità e resistenza dell'aria. Nessun razzo a stadio unico raggiunge questo risultato con un carico utile ragionevole, perciò i lanciatori sono divisi in stadi che si separano dopo l'esaurimento del propellente, rendendo il veicolo più leggero. Le dimensioni vanno da razzi sonda di pochi metri a giganti come il Saturn V o la Starship; in tutti i casi, l'equazione di Tsiolkovsky collega la velocità raggiungibile alla velocità di uscita dei gas e alla frazione di massa bruciata.