6.

Ugelli

I motori a razzo ad alte prestazioni, come quelli usati per le esplorazioni spaziali, necessitano di ugelli molto grandi per raggiungere velocità supersoniche di uscita del getto. L'ugello deve avere una sezione convergente dalla camera di combustione alla porzione più stretta – detta gola – dove viene raggiunta la velocità del suono; successivamente la sezione diverge, fino a raggiungere un diametro di uscita che è pari a quattro o cinque volte quello della camera di combustione.

I caldissimi gas ad alta velocità a contatto con le pareti dell'ugello pongono un serio problema di trasferimento del calore, specialmente se la durata del getto deve essere di minuti e non di secondi. In un motore a idrogeno liquido-ossigeno, l'idrogeno può essere pompato attraverso piccoli tubi che in effetti costituiscono le pareti dell'ugello. Un tipo di motore a razzo avanzato, di efficienza più che doppia rispetto al motore alimentato a idrogeno liquido-ossigeno, è il motore a razzo nucleare. La prestazione di un motore a razzo è misurabile per mezzo del cosiddetto impulso specifico (Isp), cioè in termini di chilogrammi di spinta prodotta per chilogrammi di propellente usato in un secondo. Mentre il motore a idrogeno-ossigeno ha Isp intorno a 450, il motore a razzo nucleare, che era in fase di sviluppo durante gli anni Sessanta e Settanta, raggiunge circa i 1100 Isp. Questo dispositivo impiega idrogeno liquido, che viene convertito in gas e riscaldato a temperature molto alte per mezzo di un reattore a fissione nucleare (vedi Energia nucleare); l'idrogeno non brucia, ma passa semplicemente attraverso un ugello ad alta pressione e velocità. Progettato per l'impiego nello spazio, più che per lanci da terra, questo motore troverà forse applicazione per le missioni interplanetarie del futuro.

Molti altri tipi di motore a razzo sono in fase di progettazione; essi potrebbero essere usati in futuro in missioni spaziali di lunga durata che prevedono il passaggio attraverso deboli campi gravitazionali. In queste condizioni possono essere impiegati dispositivi a bassa spinta, sempre che questa possa essere mantenuta per lunghi periodi con un'efficiente utilizzazione del combustibile.