Les moteurs-fusées sont des moteurs à réaction utilisés sur les fusées, dont certains sont prévus pour fonctionner aussi bien dans, que hors de l'atmosphère terrestre. Ils embarquent, en plus de leur carburant, un comburant.
Il existe deux grandes catégories de moteurs-fusées :
Différents couples carburant/comburant, peuvent être utilisés dans ces moteurs.
De manière générale, les carburants les plus courants (et les plus simples) sont :
Les comburants les plus simples sont :
Les couples d'ergols les plus courants sont :
Pour donner un exemple de la complexité réelle (au-delà des informations de base données plus haut), dans le cas, très médiatisé, des boosters de la navette spatiale américaine, la mixture d'ergol dans chaque moteur de booster consiste en (% massiques) :
Ces moteurs utilisent des ergols stockés dans des réservoirs séparés, qui sont injectés dans une chambre de combustion puis éjectés par la tuyère, générant la poussée.
Exemple : Soyouz, booster d'Energia,
Les ergols hypergoliques ont la particularité de s'embraser spontanément lorsqu'ils sont mis en contact, ce qui permet de simplifier le moteur.
Exemple : le moteur de remontée du module lunaire du programme Apollo, les moteurs de manœuvre de la navette spatiale.
Ces moteurs utilisent des ergols cryogéniques stockés à très basses températures. Le seul couple d'ergols de ce type utilisé en situation réelle est Oxygène liquide / Hydrogène liquide.
Exemple : moteur principal de la navette spatiale américaine, moteur principal d'Ariane 5, moteur principal d'Energia.
Ces moteurs utilisent un mélange d'ergols sous forme solide. On utilise alors le terme de propergol pour désigner un mélange oxydant/réducteur autonome ou semi-propergol lorsqu'un autre composant doit être apporté (par exemple : air dans un statoréacteur).
Les moteurs à propergol solide sont constitués d'un corps de propulseur rempli de propergol qui peut être mis en forme à part puis mis en place dans le corps de propulseur, ou bien coulé puis cuit in situ dans le corps de propulseur, ce qui est généralement le cas pour les gros propulseurs récents.
La combustion se déroule idéalement en couches parallèles. La géométrie initiale du bloc de propergol fixe alors la loi d'évolution de surface du bloc, donc sa loi de débit et de poussée. Les géométries les plus courantes sont :
Exemple de moteurs à propergol solide : boosters à poudre de la navette spatiale américaine, boosters à poudre d'Ariane 5, les russes ont aussi utilisé quelquefois ces moteurs, la plupart des propulseurs de missiles tactiques ou balistiques.
On se demande parfois pourquoi la flamme produite à la sortie du moteur de fusée ne remonte pas jusque dans les réservoirs et n'enflamme pas son contenu de manière brutale. En fait, il s'agit simplement du fait que la vitesse d'éjection du produit de combustion est largement plus importante que la vitesse de propagation de la réaction chimique. Il se maintient ainsi une flamme qui ne démarre qu'à une certaine distance de la bouche du réacteur.