จรวด

จรวดโซยุซ-ยู (Soyuz-U) ณ ฐานปล่อยที่ 1/5 บัยโกเงอร์ ไซต์ 1/5 ในคาซัคสถาน

จรวดโซยุซ TMA-9 กำลังทะยานขึ้นจากฐานปล่อยหมายเลข 1/5 ที่ท่าอวกาศยานบัยโกเงอร์ในประเทศคาซัคสถาน

การปล่อยจรวดแซทเทิร์น 5 อะพอลโล 15 : เวลาเริ่มปล่อย T - 30 วินาที เวลาเสร็จสิ้น T + 40 วินาที

จรวด หมายถึงขีปนาวุธ, ยานอวกาศ, เครื่องบิน หรือพาหนะอื่นใดที่อาศัยแรงผลักดันของไอเสียที่มีต่อตัวจรวดในการพุ่งไปข้างหน้า โดยใช้การเผาผลาญเชื้อเพลิงในเครื่องยนต์จรวด ในจรวดทุกชนิดไอเสียจะเกิดขึ้นทั้งหมดจากเชื้อเพลิงขับดันที่บรรทุกไปด้วยภายในจรวดก่อนที่จะถูกใช้งาน จรวดเคมีสร้างพลังงานจากการเผาผลาญเชื้อเพลิงจรวด ผลจากการเผาผลาญเชื้อเพลิงและตัวอ๊อกซิไดซ์ภายในห้องเผาไหม้จะทำให้เกิดก๊าซร้อนที่มีอุณหภูมิสูงมากและขยายตัวออกไปทางหัวฉีดทำให้ก๊าซเคลื่อนที่ด้วยความเร่งในระดับไฮเปอร์โซนิก ซึ่งทำให้เกิดแรงผลักมหาศาลต่อตัวจรวดตามกฎข้อที่สามของนิวตัน (แรงกิริยาเท่ากับแรงปฏิกิริยา)โดยในทางทหารและสันทนาการมีประวัติของการใช้จรวดเป็นอาวุธและเครื่องมือในช่วงเวลานั้น

จรวดได้ถูกใช้สำหรับงานทางทหารและสันทนาการ ย้อนกลับไปอย่างน้อยศตวรรษที่ 13 ในประเทศจีน ในทางทหาร, วิทยาศาสตร์และอุตสาหกรรมได้ใช้จรวดเป็นอาวุธและเครื่องมือแต่ก็ยังไม่เป็นที่แพร่หลายจนกระทั่งถึงศตวรรษที่ 20, เมื่อวิทยาการที่เกี่ยวกับจรวดได้ถือกำเนิดขึ้น เป็นการเปิดประตูสู่ยุคอวกาศ,กับการที่มนุษย์กำลังจะไปเหยียบดวงจันทร์ จรวดได้ถูกใช้สำหรับทำดอกไม้ไฟและอาวุธ, เก้าอี้ดีดตัวสำหรับนักบินและพาหนะสำหรับนำส่งดาวเทียม, นักบินอวกาศ และการสำรวจดาวเคราะห์ต่าง ๆ ในขณะที่จรวดที่ไม่ค่อยมีประสิทธิภาพนั้นจะใช้สำหรับการขับเคลื่อนด้วยอัตราเร็วที่ต่ำ ๆ, นักวิทยาศาสตร์จะเปรียบเทียบหาจรวดที่มีแรงขับเคลื่อนในระบบอื่น ๆ, ที่มีน้ำหนักเบากว่าและมีประสิทธิภาพสูงกว่า, ทำให้สามารถสร้างความเร่งในการเคลื่อนที่ของจรวดได้มากขึ้น และสามารถทำให้เคลื่อนที่ด้วยอัตราเร็วที่สูงอย่างยิ่งด้วยประสิทธิภาพที่เหมาะสม

จรวดเคมีเป็นชนิดของจรวดที่พบมากที่สุดและพวกมันมักจะสร้างไอเสียโดยการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงจรวด จรวดเคมีต้องการที่เก็บพลังงานเชื้อเพลิงที่มีขนาดใหญ่โตมากในรูปแบบที่พร้อมจะปลดปล่อยตัวเองออกมาได้อย่างง่ายดาย และมีอันตรายมาก อย่างไรก็ตาม, จะต้องทำด้วยการออกแบบอย่างรอบคอบ, การทดสอบ, การก่อสร้าง, และใช้ความเสี่ยงอันตรายให้น้อยที่สุดเท่าที่จะทำได้

ประวัติศาสตร์ของจรวด

บทความหลัก: ประวัติความเป็นมาของจรวด

ข้อมูลเพิ่มเติม: ไทม์ไลน์ของจรวดและเทคโนโลยีขีปนาวุธ

รูปวาดแสดงภาพของ "งูยาว" (long serpent) เป็นเครื่องยิงจรวดจากหนังสือในคริสต์ศตวรรษที่ 11 โดย วูชิง จงเยา (Wujing Zongyao) รูอยู่ในกรอบที่ถูกออกแบบมาเพื่อให้เก็บลูกธนูไฟแยกออกต่างหาก

จรวดของจีนยุคโบราณ

จรวดที่ขับเคลื่อนด้วยพลังจากดินปืนลำแรกถูกพัฒนาขึ้นในประเทศจีนยุคกลางภายใต้การปกครองของราชวงศ์ซ่ง (Song dynasty) ในศตวรรษที่ 13 ชาวมองโกลได้รับเอาเทคโนโลยีจรวดของจีนและการแพร่กระจายเทคโนโลยีจรวดนี้ผ่านการรุกรานของชาวมองโกล (Mongol invasions) ไปยังตะวันออกกลางและยุโรปในช่วงกลางศตวรรษที่ 13 ด้วยความที่หาได้ง่ายของดินดำ (ดินปืน) ได้ถูกนำมาใช้ขับดันกระสุนยิงอันเป็นพัฒนาการยุคเริ่มแรกของจรวดเชื้อเพลิงแข็ง วิทยาการจรวดเริ่มขึ้นตั้งแต่คริสต์ศตวรรษที่ 9 มีการคิดค้นดินปืนโดยนักพรตชาวจีนในลัทธิเต๋าซึ่งได้ค้นพบผงสีดำในขณะที่กำลังทำการค้นหาตัวยาสำหรับการทำชีวิตให้เป็นอมตะ การค้นพบโดยบังเอิญนี้ได้นำไปสู่การทดลองทำเป็นอาวุธเช่น ระเบิด, ปืนใหญ่, ธนูไฟ สำหรับการก่อความไม่สงบและจรวดขับเคลื่อนธนูไฟ การค้นพบดินปืนอาจเป็นผลผลิตแห่งศตวรรษของการทดลองเล่นแร่แปรธาตุในลัทธิเต๋าซึ่งนักเล่นแร่แปรธาตุได้พยายามที่จะสร้างยาอายุวัฒนะ (panacea)แห่งความเป็นอมตะที่จะช่วยให้คนที่กินมันจะกลายเป็นอมตะทางร่างกาย

เป็นเวลาพอดิบพอดีเมื่อมีเที่ยวบินแรกของจรวดเกิดขึ้นคือเกิดการประกวดประชันแข่งขันกัน ปัญหาคือว่าลูกธนูไฟของชาวจีนสามารถเป็นลูกธนูทั้งที่มีวัตถุระเบิดที่แนบมาหรือลูกธนูที่ขับเคลื่อนโดยดินปืนกันแน่ มีรายงานของธนูไฟและ'หม้อเหล็ก'ซึ่งอาจจะได้ยินเป็นระยะทางไกลได้ถึง 5 ลี้ (25 กิโลเมตรหรือ 15 ไมล์) เมื่อมีการระเบิดขณะเกิดปะทะกัน, ก่อให้เกิดการทำลายล้างรัศมี 600 เมตร (2,000 ฟุต), อย่างเด่นชัดเนื่องจากเศษกระสุน ได้มีการอ้างสิทธิการวิจัยร่วมกันคือบันทึกแรกที่ใช้จรวดในการสู้รบโดยชาวจีนในปี 1232 กับกองทัพมองโกลที่ไคเฟงฟู (Kai Feng Fu) อย่างไรก็ตาม ขนาดที่ลดลงมาของหม้อเหล็กอาจถูกใช้เป็นวิธีสำหรับกองทัพเพื่อล้อมยิงผู้รุกราน ข้อมูลอ้างอิงทางวิชาการ กล่าวว่าในปี ค.ศ. 998 ชายคนหนึ่งชื่อ ถัง ฟู่ (Tang Fu) ได้คิดค้นลูกธนูไฟชนิดใหม่ที่มีหัวเหล็ก ธนูไฟ คือธนูที่แนบติดกับวัตถุระเบิดหรือธนูที่ขับดันโดยดินปืนอย่างใดอย่างหนึ่งดังเช่นอาวุธ ฮวาชา (Hwacha) ของเกาหลี

จรวดขับเคลื่อนด้วยพลังดินปืนได้รับการพัฒนาขึ้นเป็นครั้งแรกในสมัยราชวงศ์ซ่งของประเทศจีนในยุคกลางในคริสต์ศตวรรษที่ 13 เทคโนโลยีจรวดของจีนได้รับการยอมรับโดยชาวมองโกลและสิ่งประดิษฐ์นี้ได้แพร่ขยายออกไปโดยการรุกรานของมองโกล (Mongol invasions) ไปยังตะวันออกกลางและยุโรปในช่วงกลางคริสต์ศตวรรษที่ 13 จรวดถูกบันทึกไว้ว่าถูกใช้ในกองทัพเรือของราชวงศ์ซ่ง (Song navy) ในการฝึกซ้อมของทหารซึ่งระบุปี ค.ศ. 1245 การขับเคลื่อนจรวดแบบสันดาปภายในถูกกล่าวถึงในเอกสารอ้างอิงในปี ค.ศ. 1264 ซึ่งบันทึกว่า 'ground-rat' ซึ่งเป็นดอกไม้ไฟชนิดหนึ่ง ได้ทำให้จักรพรรดินี "Gongsheng" (Empress-Mother Gongsheng) รู้สึกตกใจในงานเลี้ยงที่จัดขึ้นเพื่อเป็นเกียรติแก่พระนางโดยลูกชายของพระนางเองคือจักรพรรดิซ่งลี่จง (Emperor Lizong) ต่อมา, จรวดถูกรวมอยู่ในตำราทางทหารที่ชื่อว่า Huolongjing หรือที่รู้จักกันในชื่อว่า Fire Drake Manual ซึ่งเขียนขึ้นโดยเจ้าหน้าที่เหล่าทหารปืนใหญ่ของจีนชื่อ Jiao Yu ในช่วงกลางคริสต์ศตวรรษที่ 14 ข้อความนี้กล่าวถึงจรวดแบบหลายตอนที่รู้จักกันเป็นครั้งแรกว่า 'มังกรไฟที่ไหลออกจากน้ำ' (huo long chu shui) ซึ่งถูกใช้โดยกองทัพเรือจีน

จรวดสมัยใหม่ในยุคกลางและยุคต้นถูกใช้เป็นอาวุธเพลิง (Incendiary weapon) ในทางการทหารในการล้อมเมือง (siege)

การแพร่ขยายของเทคโนโลยีจรวด

เทศกาลริวเซอิ ที่หมู่บ้านโยชิดะ เมืองชิชิบุ จังหวัดไซตะมะ ญี่ปุ่น

เทคโนโลยีจรวดกลายเป็นที่รู้จักกันเป็นครั้งแรกในชาวยุโรปโดยกษัตริย์มองโกล เจงกิสข่าน (Mongols Genghis Khan) และโอกีไดข่าน (Ögedei Khan) เมื่อครั้งที่สามารถพิชิตดินแดนส่วนหนึ่งของรัสเซีย ทางด้านตะวันออก และศูนย์กลางยุโรป ชาวมองโกลได้รับเทคโนโลยีมาจากชาวจีนโดยการมีชัยชนะในทางภาคเหนือของประเทศจีนและโดยการได้รับการว่าจ้างของผู้เชี่ยวชาญด้านจรวดชาวจีนที่เป็นทหารรับจ้างต่อกองทัพมองโกล รายงานจากการต่อสู้ของโมฮิ (Mohi) ในปี 1241 อธิบายถึงการใช้อาวุธจรวดโดย ทหารมองโกล ต่อ พวกแม็กยาร์ (Magyars) เทคโนโลยีจรวดยังแพร่กระจายไปยังประเทศเกาหลีกับศตวรรษที่ 15 "กงล้อฮวาชา" (hwacha) ที่จะปล่อยจรวด "ซิงกิเจียน" (singijeon) นอกจากนี้การแพร่กระจายของเทคโนโลยีจรวดยังได้แพร่เข้ามาในยุโรปที่ได้รับอิทธิพลโดยจักรวรรดิออตโตมัน (Ottomans) ในการบุกโจมตีกรุงคอนสแตนติโนเปิล (Constantinople) ใน ปี 1453 แม้ว่าจะมีโอกาสมากที่พวกออตโตมันเองได้รับอิทธิพลโดยการรุกรานของมองโกลก่อนหน้านี้เพียงไม่กี่ศตวรรษ ประวัติศาสตร์ของจรวดนั้นได้ถูกเผยแพร่บนอินเทอร์เน็ต นาซา (NASA) กล่าวว่า "จรวดได้ปรากฏอยู่ในวรรณคดีอาหรับใน ค. ศ. 1258 บรรยายถึงการรุกรานของพวกมองโกลในวันที่ 15 กุมภาพันธ์ ในการเข้ายึดครองกรุงแบกแดด" ระหว่างปี 1270 และ 1280, ฮาซาน อัล-รามมาห์ (Hasan al - Rammah) เขียน al - furusiyyah wa al - manasib al - harbiyya (หนังสือเรื่อง ความชำนาญในการขี่ม้าของทหารและอุปกรณ์สงครามอันแยบยล) ซึ่งรวมถึง 107 สูตรดินปืน, 22 ชนิดที่มีสำหรับจรวด ตามที่อาห์หมัด ฮัสซัน (Ahmad Y Hassan) กล่าวอ้าง, สูตรของ อัล-รามมาห์ เป็นมากกว่าวัตถุระเบิดที่เป็นจรวดที่ใช้ในประเทศจีนในเวลานั้น คำศัพท์ที่ใช้โดย อัล รามมาห์ ที่ระบุไว้ว่าประเทศจีนเป็นแหล่งกำเนิดของอาวุธดินปืน เขาได้เขียนเกี่ยวกับ เช่น จรวดและหอกไฟ อิบัน อัล เบทาร์ (Ibn al-Baytar),ชาวอาหรับมาจากสเปนที่ได้อพยพไปยังอียิปต์, ได้ให้ชื่อเรื่องว่า "หิมะของจีน" (อาหรับ: ثلج الصين, อักษรโรมัน: thalj al-Sin) เพื่ออธิบายถึงดินประสิว อัล เบทาร์ เสียชีวิตในปี 1248 นักประวัติศาสตร์อาหรับก่อนหน้านี้เรียกดินประสิวว่า "หิมะจีน" และ "เกลือจีน" นอกจากนี้ชาวอาหรับยังใช้ชื่อ "ลูกศรจีน" ในการอ้างถึงจรวด ชาวอาหรับที่ติดต่อกับ "ชาวจีน" ได้มีชื่อเรียกต่าง ๆ สำหรับวัตถุที่เกี่ยวข้องกับดินปืน "ดอกไม้จีน" เป็นชื่อสำหรับดอกไม้ไฟ, ในขณะที่ "หิมะจีน" ถูกกำหนดให้เป็นชื่อของดินประสิวและ "ลูกศรจีน" เป็นชื่อของจรวด ในขณะที่ดินประสิวถูกเรียกว่า "หิมะจีน" โดยชาวอาหรับ, มันถูกเรียกว่า "เกลือจีน" โดยชาวอิหร่าน /ชาวเปอร์เซีย

จรวดได้ชื่อมาจากภาษาอิตาเลียน (Italian) Rocchetta (ตัวอย่างเช่น เจ้าฟิวส์น้อย (little fuse)), เป็นชื่อของพลุขนาดเล็กที่สร้างขึ้นโดยมูแรทโทรี (Muratori) ผู้ชำนาญงานชาวอิตาลีในปี 1379

คำว่า จรวด มาจากคำภาษาอิตาเลียน rocchetta , หมายถึง "กระสวย" หรือ "เดือยหมุนเล็ก ๆ ", เพราะความคล้ายคลึงกันในรูปร่างที่เหมือนกับกระสวยหรือหลอดด้ายใช้สำหรับจับยึดเส้นด้ายเพื่อป้อนเส้นด้ายเข้าสู่กงล้อปั่นด้าย

เคยัสเซอร์ ได้หลงใหลกับตำนานของ พระเจ้าอเล็กซานเดอร์มหาราช: โดยในภาพวาดภาพหนึ่งทรงกำลังถือจรวดอยู่,

คอนเรด เคยัสเซอร์ (Konrad Kyeser) ได้อธิบายตำราจรวดที่มีชื่อเสียงในทางทหารของเขาที่ชื่อว่า Bellifortis เมื่อราวปี 1405

ระหว่างปี 1529 และ 1556 คอนเรด ฮัส (Conrad Haas) ได้เขียนหนังสือซึ่งได้อธิบายเกี่ยวกับเทคโนโลยีจรวด, ที่เกี่ยวข้องกับการรวมกันของดอกไม้ไฟและเทคโนโลยีอาวุธ ต้นฉบับนี้ถูกค้นพบในปี 1961, ในบันทึกสาธารณะซีบีอู (บันทึกสาธารณะซีบีอู แวเรียที่ 2 374 (Varia II 374)) ผลงานของเขาได้กระทำกับทฤษฎีการเคลื่อนที่ของจรวดแบบหลายตอน, ทำการผสมเชื้อเพลิงที่แตกต่างกันสำหรับใช้เป็นเชื้อเพลิงเหลวและได้นำเสนอครีบรูปทรงสามเหลี่ยมและหัวฉีดรูปทรงระฆัง

เป็นเวลากว่าสองศตวรรษ, ที่ผลงานของขุนนางเครือจักรภพ แคซิเมียรซ์ สิมีนอร์วิคซ์ (Kazimierz Siemienowicz) "Artis Magnae Artilleriae Pars prima" ("ศิลปะที่ยอดเยี่ยมของปืนใหญ่, ส่วนแรก" หรือที่เรียกว่า "ศิลปะที่สมบูรณ์ของปืนใหญ่"), ถูกนำมาใช้ในยุโรปเพื่อเป็นคู่มือปืนใหญ่ขั้นพื้นฐาน พิมพ์ครั้งแรกในอัมสเตอร์ดัมในปี 1650 มันถูกแปลเป็นภาษาฝรั่งเศสในปี 1651, เยอรมันในปี 1676 ภาษาอังกฤษและภาษาดัตช์ในปี 1729 และโปแลนด์ในปี 1963 เป็นหนังสือที่เป็นมาตรฐานการออกแบบสำหรับการสร้างจรวด, ลูกไฟ, และอุปกรณ์ทำพลุอื่น ๆ ประกอบไปด้วยบทความขนาดยาวหลายหน้า กล่าวถึงการสร้าง, การผลิต, และคุณสมบัติของจรวด (สำหรับวัตถุประสงค์ทั้งในทางทหารและพลเรือน) รวมทั้งจรวดแบบหลายตอน, แบตเตอรี่ของจรวด, และจรวดที่มีปีกรูปสามเหลี่ยมที่ใช้เพื่อการรักษาทิศทางการทรงตัว (ใช้แทนแท่งสำหรับนำทางธรรมดา)

ลาการี เฮซัน เซเลบี (Lagari Hasan Çelebi) เป็นนักบินชาวเติร์กในตำนาน (legendary Ottoman), ตามบัญทึกที่เขียนโดย เอฟวริยา เซเลบี (Evliya Çelebi), ที่ทำให้เที่ยวบินจรวดที่บรรทุกนักบินอวกาศไปด้วยในครั้งนั้นประสบความสำเร็จ เอฟวริยา เซเลบี อ้างว่าว่าในปี 1633 ลาการี เฮซัน เซเลบี ได้ขับจรวดที่มี 7-ปีกใช้ดินปืน 50 okka (140 ปอนด์) จากเซเรเบิร์นนา (Sarayburnu), ณ จุดทางด้านใต้ของพระราชวังโทพคาปิ (Topkapı Palace) ในอิสตันบูล (Istanbul)

เที่ยวบินจรวดที่บรรทุกนักบินอวกาศลาการี เฮซัน เซเลบี (Lagâri Hasan Çelebis) ปรากฏในจารึกสมัยศตวรรษที่ 17

ปืนใหญ่จรวดทรงกระบอกโลหะ

ในปี ค.ศ. 1792 เป็นครั้งแรกที่จรวดใส่ปลอกเหล็กถูกพัฒนาสำเร็จและนำมาใช้โดย ฮีดดะ อาลี (Hyder Ali) และลูกชายของเขา สุลต่านทิพัล (Tipu Sultan), ซึ่งเป็นผู้ปกครองของอาณาจักรแห่งมัยซอร์ในประเทศอินเดียกับบริษัทอินเดียตะวันออกใหญ่ของอังกฤษ กองกำลังในช่วงสงครามแองโกล-มัยซอร์ (Anglo-Mysore Wars) ประเทศอังกฤษนั้นก็กระตือรือร้นสนใจในด้านเทคโนโลยีและการพัฒนาต่อไปในระหว่างช่วงศตวรรษที่ 19 จรวดของมัยซอร์ในช่วงเวลานี้นั้นได้พัฒนาก้าวหน้าไปมากขึ้นกว่าฝ่ายอังกฤษจากที่ได้เคยเห็นก่อนหน้านี้ ส่วนใหญ่เนื่องมาจากการใช้ท่อเหล็กสำหรับการบรรจุเชื้อเพลิงจรวด; สิ่งนี้ช่วยทำให้เกิดแรงผลักดันที่มากขึ้นและระยะทำการยิงที่ไกลขึ้นสำหรับจรวด (ช่วงระยะ 2 กิโลเมตรขึ้นไป) หลังจากความพ่ายแพ้ในที่สุดของทิพัลในสงครามมัยซอร์ครั้งที่สี่ (Fourth Anglo-Mysore War) และการเข้ายึดอาวุธจรวดเหล็กมัยซอร์, พวกเขาเป็นผู้มีอิทธิพลในการพัฒนาจรวดของอังกฤษ สร้างแรงบันดาลใจให้มีจรวดคองกรีฟ (Congreve rocket) ซึ่งถูกนำมาใช้ในเวลาต่อมาในสงครามนโปเลียน

ความแม่นยำของจรวดยุคต้น

จรวดคองกรีฟ

วิลเลียม คองกรีฟ (William Congreve) บุตรชายของผู้ตรวจสอบของกองคลังสรรพาวุธแห่งวัลลิช (the Royal Arsenal, Woolwich), ลอนดอน, กลายเป็นคนที่สำคัญในงานด้านนี้ จากปี 1801 คองกรีฟ วิจัยเกี่ยวกับการออกแบบที่เป็นต้นแบบของจรวดแห่งมัยซอร์ (Mysore rockets) และตั้งอยู่บนโครงการพัฒนาที่เข้มแข็งของห้องปฏิบัติการแห่งคลังสรรพาวุธ คองกรีฟได้จัดทำส่วนผสมเชื้อเพลิงจรวดใหม่และพัฒนาจรวดด้วยท่อเหล็กที่แข็งแกร่งกับหัวจรวดรูปทรงกรวย จรวดคองกรีฟยุคแรกนี้มีน้ำหนักประมาณ 32 ปอนด์ (14.5 กิโลกรัม) กองคลังสรรพาวุธได้แสดงการสาธิตจรวดเชื้อเพลิงแข็งขึ้นในปี ค.ศ. 1805 จรวดได้ถูกนำมาใช้อย่างมีประสิทธิภาพในช่วงสงครามนโปเลียนและสงครามในปี ค.ศ. 1812 คองกรีฟ ได้ตีพิมพ์หนังสือสามเล่มเกี่ยวกับวิทยาการที่เกี่ยวกับจรวด

จากนั้น การใช้จรวดในทางทหารได้แผ่กระจายไปทั่วซีกโลกตะวันตก ในสงครามบัลติมอร์ (Battle of Baltimore) ในปี ค.ศ. 1814, จรวดที่ใช้ยิงป้อมแมกเฮนรี (Fort McHenry) โดยเรือจรวด (rocket vessel) อันเป็นเรือรบหลวงที่มีชื่อว่า เอระบัส ที่แปลว่า "ความมืด, เงา, ปกปิด" ซึ่งเป็นตัวตนของความมืดในตำนานเทพเจ้ากรีก (His (Her) Majesty's Ship, HMS Erebus) นั้น เป็นแหล่งที่มาของแสงเจิดจ้าสีแดงของจรวดที่ได้อธิบายไว้โดยฟรานซิส สกอตต์ คีย์ (Francis Scott Key) ในเดอะสตาร์สแปงเกิลด์แบนเนอร์ จรวดยังถูกนำมาใช้อยู่ในสงครามวอเตอร์ลู

จรวดในยุคแรก ๆ มีความไม่เที่ยงตรงแม่นยำมากนัก โดยที่ไม่ได้ใช้การปั่นหรือ การหมุนของวงแหวนเข็มทิศ (gimballing) ที่เกิดจากแรงผลักดันของจรวดแต่อย่างใดในการเคลื่อนที่ของจรวด พวกมันมีแนวโน้มอย่างมากที่จะเปลี่ยนทิศทางของการเคลื่อนที่อย่างรวดเร็วออกจากเป้าหมายที่ได้ตั้งเป้าเอาไว้ จรวดมิสโซเรียน (Mysorean rockets) ช่วงต้นและช่วงต่อมาของจรวดคองกรีฟ (Congreve rockets) ของอังกฤษนี้ได้ถูกปรับปรุงให้มีประสิทธิภาพมากขึ้นโดยการแนบติดแท่งยาวเข้ากับส่วนท้ายของจรวด (คล้ายกับจรวดขวดในยุคสมัยปัจจุบันนี้) ที่จะทำให้มันเปลี่ยนแปลงแนววิถีทิศทางของการเคลื่อนที่ได้ยากยิ่งขึ้น จรวดคองกรีฟที่ใหญ่ที่สุด เป็นชิ้นส่วนที่มีมวลขนาด 32 ปอนด์ (14.5 กิโลกรัม) ซึ่งมีแท่งยาว 15 ฟุต (4.6 เมตร) แต่เดิมนั้น แท่งยาวถูกติดตั้งอยู่บนด้านข้าง แต่ต่อมาภายหลังเปลี่ยนเป็นติดตั้งอยู่ตรงใจกลางของจรวด, ช่วยลดแรงฉุดรั้งในขณะเคลื่อนที่และช่วยให้จรวดถูกยิงได้อย่างแม่นยำมากขึ้นจากส่วนของท่อยิง

ปัญหาเรื่องความแม่นยำของจรวดได้รับการปรับปรุงอย่างมากในปี 1844 เมื่อวิลเลียม เฮล (William Hale) ได้แก้ไขการออกแบบจรวดเพื่อที่ว่าจรวดจะได้มีเวกเตอร์แรงขับดันขึ้นเล็กน้อย (slightly vectored), ทำให้จรวดเกิดการปั่นหมุนตามแกนของทิศทางการเคลื่อนที่เหมือนกับกระสุน จรวดของเฮลจึงไม่มีความจำเป็นต้องใช้แท่งยาวเพื่อรักษาทิศทางในขณะเคลื่อนที่ของจรวดแต่อย่างใด, ทำให้การเคลื่อนที่ของจรวดมีความคล่องตัวมากขึ้นเนื่องจากแรงต้านของอากาศที่ลดลงแต่ก็ยังห่างไกลจากความแม่นยำมากอยู่ดี

ทฤษฎีของจรวดอวกาศ

ในตอนต้นของศตวรรษที่ 20 ได้เกิดมีเรื่องราวของการสืบสวนทางวิทยาศาสตร์ขึ้นในประเด็นเกี่ยวกับการเดินทางสำรวจระหว่างดาวนพเคราะห์โดยได้แรงหนุนส่วนใหญ่มาจากแรงบันดาลใจจากนวนิยายโดยนักประพันธ์ เช่น ฌูล แวร์น (Jules Verne) และ เอช. จี. เวลส์ (H.G. Wells) นักวิทยาศาสตร์ได้ยึดถือเอาว่าจรวดเป็นเทคโนโลยีที่สามารถบรรลุเป้าหมายนี้ได้ในชีวิตจริง

ในปี 1903 ครูคณิตศาสตร์แห่งโรงเรียนมัธยมปลายชื่อ คอนสแตนติน ซีออลคอฟสกี (Konstantin Tsiolkovsky) (1857-1935), ได้ตีพิมพ์เผยแพร่บทความในชื่อที่เป็นภาษารัสเซียว่า Исследование мировых пространств реактивными приборами (หรือในชื่อภาษาอังกฤษ The Exploration of Cosmic Space by Means of Reaction Devices) (การสำรวจอวกาศจักรวาลโดยวิธีการของวัสดุอุปกรณ์แห่งแรงปฏิกิริยา) เป็นการทำงานทางวิทยาศาสตร์อย่างจริงจังเป็นครั้งแรกในเรื่องราวเกี่ยวกับการเดินทางไปในอวกาศ สมการจรวดของซีออลคอฟสกี คือหลักการที่ควบคุมการขับเคลื่อนจรวดที่ตั้งชื่อตามเพื่อเป็นเกียรติแก่เขา (แม้ว่ามันอาจจะถูกค้นพบก่อนหน้านี้ก็ตาม) เขายังสนับสนุนให้ใช้เชื้อเพลิงสำหรับจรวดคือไฮโดรเจนเหลวและออกซิเจนเหลว, ทำการคำนวณค่าความเร็วไอเสียที่มีค่าสูงสุดของจรวด ผลงานของเขาเป็นหลักการพื้นฐานที่ไม่รู้จักแก่คนภายนอกสหภาพโซเวียต, แต่ภายในประเทศนั้นกลับเป็นแรงบันดาลใจในการค้นคว้าวิจัยของเขาต่อไป มีการทดลองและการก่อตั้งของสมาคมเพื่อการศึกษาเกี่ยวกับการเดินทางในระหว่างดาวเคราะห์ในปี 1924

ในปี 1912, รอเบิร์ต แอสแนลท์ แพลเทลี (Robert Esnault-Pelterie) ได้ตีพิมพ์บรรยาย เกี่ยวกับทฤษฎีจรวดและการเดินทางระหว่างดาวเคราะห์ ทฤษฎีจรวดของเขานั้นเป็นอิสระจากสมจรวดของซีออลคอฟสกี เขาได้ทำการคำนวณขั้นพื้นฐานเกี่ยวกับพลังงานที่จำเป็นต้องใช้ในการเดินทางไปรอบดวงจันทร์และดาวเคราะห์, และเขาได้เสนอให้ใช้พลังงานจากนิวเคลียร์ (เช่นเรเดียม) เป็นกำลังขับดันเจ็ท

โรเบิร์ต ก็อดเดิร์ด

ในปี 1912 โรเบิร์ต ก็อดเดิร์ดได้รับแรงบันดาลใจจากในวัยเด็กโดย เอช. จี. เวลส์, เขาเริ่มการวิเคราะห์จรวดอย่างจริงจังซึ่งสรุปได้ว่า จรวดเชื้อเพลิงแข็งแบบดั้งเดิมนั้นจำเป็นต้องได้รับการปรับปรุงในสามวิธี อันดับแรก เชื้อเพลิงนั้นควรจะถูกเผาไหม้ในห้องเผาไหม้ขนาดเล็ก ๆ, แทนที่จะสร้างภาชนะบรรจุเชื้อเพลิงที่เผาไหม้ของจรวดเอาไว้ทั้งหมดเพื่อการต้านทานต่อแรงกดดันที่สูง (ค่อย ๆ เผาไหม้ไปทีละน้อย) ประการที่สองตัวจรวดจะถูกจัดเรียงให้อยู่เป็นขั้น ๆ หลาย ๆ ตอนประกอบกันจะไม่เป็นตัวจรวดชิ้นเดียวไปเลยเสียทีเดียว ซึ่งจะทำให้เมื่อขณะจรวดกำลังเคลื่อนที่สูงขึ้นไปในชั้นบรรยากาศเหนือพื้นโลก และใช้เชื้อเพลิงในจรวดส่วนนั้น ๆ หมดไปก็จะทำการสลัดตัวจรวดส่วนนั้น ๆ ทิ้งไป เหลือแต่ตัวจรวดส่วนถัดขึ้นมาทำให้มีมวลลดลงจึงทำให้สามารถเพิ่มอัตราเร็วของจรวดได้มากขึ้นไปได้เรื่อย ๆ ซึ่งถ้าจรวดมีอัตราเร็วมากกว่าอัตราเร็วค่าหนึ่งก็สามารถทำให้จรวดนั้นสามารถเคลื่อนที่ด้วย "ความเร็วหลุดพ้น" เอาชนะแรงโน้มถ่วงของโลกเคลื่อนที่หลุดพ้นออกไปโคจรรอบโลกหรือดวงดาวต่าง ๆ ในห้วงอวกาศได้ ประการสุดท้ายอัตราเร็วของไอเสียของจรวด (และความมีประสิทธิภาพของมัน) จะได้รับการเพิ่มขึ้นอย่างมากจนถึงเกินกว่าอัตราเร็วของเสียงได้โดยใช้หัวฉีดเดลาวาล (De Laval nozzle) เขาได้จดสิทธิบัตรแนวคิดเหล่านี้ไว้ในปี 1914 นอกจากนี้เขายังได้พัฒนาคณิตศาสตร์ของการบินของจรวดด้วยตนเองอีกด้วย

ในปี 1920 ก็อดเดิร์ดได้ตีพิมพ์เผยแพร่แนวความคิดเหล่านี้และผลการทดลองในหัวข้อชื่อว่า วิธีการในการที่จรวดจะเข้าถึงที่ระดับความสูงจากพื้นโลกอย่างมากสุดขีดได้ (A Method of Reaching Extreme Altitudes) จากผลงานนี้ยังรวมไปถึงการตั้งข้อสังเกตเกี่ยวกับการส่งจรวดเชื้อเพลิงแข็งไปยังดวงจันทร์ด้วย, ซึ่งเป็นที่ดึงดูดความสนใจจากทั่วโลกและได้รับทั้งการยกย่องและหัวเราะเยาะ

ในปี 1923 แฮร์มัน โอแบร์ธ (1894-1989) ได้ตีพิมพ์บทความภาษาเยอรมันชื่อ Die Rakete zu den Planetenräumen ("จรวดสู่อวกาศระหว่างดาวเคราะห์"), ซึ่งเป็นเวอร์ชันวิทยานิพนธ์ปริญญาเอกของเขาหลังจากที่มหาวิทยาลัยมิวนิกได้ปฏิเสธมัน

ในปี 1924, ซีออลคอฟสกียังได้เขียนเกี่ยวกับจรวดแบบหลายตอนใน 'รถไฟจรวดแห่งจักรวาล' (Cosmic Rocket Trains)

วิทยาการที่เกี่ยวกับจรวดสมัยใหม่

ก่อนสงครามโลกครั้งที่สอง

โรเบิร์ต ก็อดเดิร์ดและจรวดเชื้อเพลิงเหลวลำแรก

จรวดในยุคสมัย​​ใหม่เกิดขึ้นเมื่อก็อดเดิร์ดได้ทำการติดตั้งหัวฉีด (เด-ลาวาล) ความเร็วเหนือเสียงเข้ากับห้องเผาไหม้ของเครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงเหลว หัวฉีดเหล่านี้จะหันก๊าซร้อนจากห้องเผาไหม้เข้าไปในตัวระบายความร้อนโดยตรง ด้วยอัตราเร็วของพลังไอพ่นของก๊าซที่สูงมากระดับอัตราเร็วไฮเปอร์โซนิก, มากกว่าสองเท่าของแรงขับดันและเพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องยนต์จาก 2% เป็น 64% ในปี 1926 โรเบิร์ต ก็อดเดิร์ดได้เปิดตัวจรวดเชื้อเพลิงเหลวลำแรกของโลกขึ้นในออเบิร์น, รัฐแมสซาชูเซต

ในช่วงปี ค.ศ. 1920 จำนวนขององค์กรวิจัยด้านจรวดได้ปรากฏตัวขึ้นทั่วโลก ในปี 1927 ผู้ผลิตรถยนต์เยอรมันโอเปิ้ลได้ริเริ่มที่จะวิจัยยานพาหนะจรวดร่วมกันกับมาร์ค แวเลีย (Mark Vallier) และจรวดเชื้อเพลิงแข็งโดย ฟรีดริช วิลเฮล์ม แซนเดอร์ (Friedrich Wilhelm Sander) ในปี 1928 ฟริตซ์ ฟอน โอเปิ้ลได้ขับรถจรวดชื่อ, โอเปิ้ล-รัค 1 (Opel-RAK 1) ณ สนามแข่งรถโอเปิ้ลในรุสเซียสไชมม์ (Rüsselsheim), ในเยอรมนี ในปี 1928 เลพพิเชนเทอ (Lippisch Ente) ได้บินด้วยพลังจรวดที่ถูกนำมาใช้ในการเปิดตัวเครื่องร่อนบรรจุคนแม้ว่ามันจะถูกทำลายทิ้งไปในเที่ยวบินครั้งที่สองก็ตาม ในปี ค.ศ. 1929 ฟอน โอเปิ้ลได้เริ่มต้นที่สนามบินรีบสตอค (Rebstock) ในแฟรงค์เฟิร์ตกับเครื่องบินโอเปิ้ล-แซนเดอร์ รัค 1 (Opel-Sander RAK 1), ซึ่งได้รับความเสียหายเกินกว่าจะซ่อมแซมในระหว่างการลงจอดอย่างรุนแรงหลังจากการบินครั้งแรก

ในช่วงกลางทศวรรษที่ 1920, นักวิทยาศาสตร์เยอรมันได้เริ่มการทดลองกับจรวดที่ใช้ของเหลวเป็นเชื้อเพลิงขับเคลื่อนที่มีความสามารถในการเข้าถึงระดับความสูงและระยะทางที่ค่อนข้างสูงและไกล ในปี ค.ศ. 1927 และในประเทศเยอรมนีทีมงานวิศวกรจรวดมือสมัครเล่นได้จัดตั้ง Verein für Raumschiffahrt (สมาคมจรวดแห่งเยอรมันหรือ VfR) ขึ้น, และในปี ค.ศ. 1931 ก็ได้เปิดตัวจรวดเชื้อเพลิงเหลว (โดยการใช้ออกซิเจนและแก๊สโซลีน) ขึ้นเป็นครั้งแรก

ตั้งแต่ปี ค.ศ. 1931-1937 ในรัสเซีย งานทางวิทยาศาสตร์ได้แผ่ขยายออกไปอย่างกว้างขวางในการออกแบบเครื่องยนต์จรวดที่เกิดขึ้นในเลนินกราดที่ห้องปฏิบัติการวิจัยพลศาสตร์ของก๊าซ โดยได้รับทุนสนับสนุนและบุคลากรเป็นอย่างดี, กว่า 100 เครื่องยนต์สำหรับการทดลองได้ถูกสร้างขึ้นภายใต้การดูแลของนักวิทยาศาสตร์ด้านจรวดที่มีชื่อว่า วาเรนทิน กลูสโก (Valentin Glushko) (อ่านเป็นภาษาโครเอเชีย) ซึ่งเป็นวิศวกรและนักออกแบบเครื่องยนต์จรวดคนสำคัญของอดีตสหภาพโซเวียตในช่วงระหว่างที่มีการแข่งขันกันทางด้านอวกาศของอดีตสหภาพโซเวียต/และสหรัฐอเมริกา การทำงานนั้นรวมถึงการระบายความร้อนที่เกิดซ้ำ (regenerative cooling), การจุดระเบิดเชื้อเพลิงจรวดแบบไฮเปอร์กอลิค (hypergolic propellant), และการออกแบบหัวฉีดเชื้อเพลิงซึ่งรวมเอาทั้งการหมุนวนและการผสมเชื้อเพลิงจรวดแบบสองชนิดเข้าไว้ด้วยกัน อย่างไรก็ดี, การดำเนินงานได้ถูกจำกัดลงโดยการถูกจับกุมตัวของกลูสโก ในช่วงระหว่างการกว้างล้างของสตาลินในปี 1938 การทำงานที่คล้ายคลึงกันคือทำโดยศาสตราจารย์ชาวออสเตรีย ยูแจน เซงเกอร์ (Eugen Sänger) ผู้ที่ทำงานกับเครื่องบินอวกาศ (spaceplane) ขับเคลื่อนด้วยพลังจรวด อย่างเช่น เครื่องวิหคเงิน (มาจากภาษาเยอรมัน-Silbervogel) (บางครั้งเรียกว่าเครื่องบินทิ้งระเบิดแบบ 'antipodal' (แปลว่า "ตรงกันข้ามกับเท้า"))

เมื่อวันที่ 12 พฤศจิกายน, ปี 1932 ที่ฟาร์มในสต็อกเทิน นิวเจอร์ซีย์ สมาคมดาวเคราะห์อเมริกันได้ประสบกับความล้มเหลวในความพยายามในการยิงจรวดแบบสแตติค (คือ การปล่อยจรวดแบบใช้ฐานปล่อยจรวดแบบที่ตั้งมั่นอยู่กับที่) เป็นครั้งแรก (บนพื้นฐานของการออกแบบของสมาคมจรวดแห่งเยอรมัน)

ในช่วงทศวรรษที่ 1930, ไรซ์สแวร์ (Reichswehr) หรือ กองทัพเยอรมัน (ซึ่งในปี 1935 ได้กลายเป็น เวียร์มัค (Wehrmacht) หรือ กองกำลังทหารเยอรมันแห่งสงครามโลกครั้งที่ 2 เริ่มที่จะมีความสนใจในวิทยาการที่เกี่ยวกับจรวด ทหารปืนใหญ่นั้น มีข้อจำกัดที่ถูกกำหนดโดยสนธิสัญญาแวร์ซายของการเข้าถึงที่จำกัดของเยอรมนีเกี่ยวกับอาวุธที่ใช้ในระยะไกล การเล็งเห็นถึงความเป็นไปได้ของการใช้จรวดช่วยในการยิงปืนใหญ่ที่ระยะไกล ๆ นั้น, กองทัพเยอรมันได้ให้การสนับสนุนด้านเงินทุนเป็นครั้งแรกแก่ทีม VfR แต่เป็นเพราะพวกเขานั้นมุ่งเน้นการวิจัยที่อยู่ในแนวทางของวิทยาศาสตร์อย่างเคร่งครัด, จึงได้สร้างทีมวิจัยของตัวเองขึ้นมา ตามคำสั่งของผู้นำกองทัพเยอรมัน, เวิร์นเฮอร์ วอน บรานน์ (Wernher von Braun), นักวิทยาศาสตร์จรวดหนุ่มในขณะนั้น, ได้เข้าร่วมกับกองทัพ (ตามด้วยอดีตสมาชิก VfR อีกสองคน) และการพัฒนาอาวุธระยะไกลเพื่อใช้ในสงครามโลกครั้งที่สองโดยนาซีเยอรมนี

สงครามโลกครั้งที่สอง

จรวด V-2 ของเยอรมันขณะบรรทุกอยู่บนรถเทรลเลอร์ที่มีชื่อเรียกว่า เมลเลอร์เวเกน (Meillerwagen) หรือ ในภาษาเยอรมันอ่านว่า "ไมเลอร์วาเก็น"

แผนผังของจรวด V-2

ในปี ค.ศ. 1943 การผลิตจรวด V-2 ได้เริ่มขึ้นในประเทศเยอรมนี มันมีระยะการปฏิบัติการที่ 300 กิโลเมตร (190 ไมล์) และบรรทุกหัวรบขนาด 1,000 กิโลกรัม (2,200 ปอนด์) ที่ประกอบไปด้วยวัตถุระเบิดแบบอะมาทอล (amatol) โดยปกติมันจะประสบความสำเร็จในการปฏิบัติการที่ระดับความสูงสูงสุดประมาณ 90 กิโลเมตร (56 ไมล์) แต่สามารถทำได้ถึง 206 กิโลเมตร (128 ไมล์) ถ้าถูกส่งขึ้นจากฐานยิงในแนวดิ่ง มันเป็นอากาศยานที่มีความคล้ายคลึงกับจรวดในยุคสมัยใหม่มากที่สุด ที่ประกอบไปด้วยปั๊มเทอร์โบ (turbopumps), ระบบนำวิถีด้วยความเฉื่อยและคุณสมบัติอื่น ๆ อีกมากมาย ซึ่งจรวดเป็นจำนวนนับพันลูกได้ถูกใช้ยิงใส่บรรดาชาติต่าง ๆ ที่เป็นฝ่ายสัมพันธมิตรในสงครามโลกครั้งที่สอง ซึ่งส่วนใหญ่ได้แก่ เบลเยียม เช่นเดียวกับอังกฤษและฝรั่งเศส ขณะที่ชาติเหล่านั้นไม่สามารถที่จะสกัดกั้นการโจมตีได้, การออกแบบระบบนำวิถีและระบบหัวรบเดี่ยวแบบดั้งเดิมของพวกเขานั้นหมายความว่ามันมีความถูกต้องแม่นยำไม่เพียงพอต่อเป้าหมายทางทหาร ยอดรวมของประชาชน 2,754 คนในประเทศอังกฤษที่ถูกฆ่าตายและ 6,523 คนได้รับบาดเจ็บก่อนที่จะมีการรณรงค์ให้มีการหยุดยิง นอกจากนั้นยังมีแรงงานทาสอีก 20,000 คนตายในระหว่างการก่อสร้างจรวด V-2s ในขณะที่มันไม่ได้ส่งผลกระทบต่อหลักสูตรการเรียนรู้แห่งสงคราม, จรวด V-2 นั้นก็ได้แสดงสาธิตให้เห็นถึงศักยภาพอันร้ายแรงสำหรับจรวดขีปนาวุธในฐานะที่เป็นอาวุธ

ควบคู่ไปกับโครงการขีปนาวุธในนาซีเยอรมนี, จรวดยังถูกนำมาใช้กับเครื่องบินทั้งสำหรับการให้ความช่วยเหลือในการบินขึ้นในแนวนอน (จาโตะ; JATO = มาจากภาษาโปรตุเกส ที่แปลในภาษาอังกฤษว่า "เจ็ท" (JET)), การบินขึ้นในแนวดิ่ง (เครื่องแบแชม บา 349 "แนทเดอร์" (Bachem Ba 349 "Natter")) หรือสำหรับใช้เป็นต้นกำลัง (เครื่องมี 163 (Me 163), ฯลฯ ) ในช่วงสงครามเยอรมนียังได้พัฒนาขีปนาวุธนำวิถีและไม่นำวิถีจากอากาศสู่อากาศ, พื้นสู่อากาศ และขีปนาวุธพื้นสู่พื้นต่าง ๆ มากมาย (ดูรายชื่อของขีปนาวุธนำวิถีสมัยสงครามโลกครั้งที่สองของเยอรมนี (list of World War II guided missiles of Germany))

โครงการจรวดของฝ่ายสัมพันธมิตรนั้นมีความซับซ้อนน้อยกว่าอย่างมาก, ส่วนใหญ่ต้องพึ่งพาอาศัยขีปนาวุธไม่นำวิถีอย่างเช่น จรวดแคทยูชา (Katyusha rocket) ของอดีตสหภาพโซเวียต

หลังสงครามโลกครั้งที่สอง

วอลเตอร์ ดอนเบอร์เกอร์ (Dornberger) และ เวิร์นเฮอร์ วอน บรานน์ (Von Braun) หลังจากที่ถูกจับโดยฝ่ายสัมพันธมิตร

จรวดแบบ R-7 8K72 "วอสตอก" ถูกจัดแสดงอย่างถาวรในงานแสดงสินค้าที่กรุงมอสโกที่ เขตออสตังคิโน (Ostankino District); จรวดจะถูกจับยึดอยู่ในตำแหน่งของมันโดยพาหนะรถไฟซึ่งจะติดตั้งอยู่บนคานทั้งสี่แนวทแยงมุมที่ประกอบด้วยแท่นที่เป็นที่จัดการแสดง ที่นี่พาหนะรถไฟได้เอียงจรวดให้ได้เที่ยงตรงที่สุดเท่าที่จะทำได้กลายเป็นโครงสร้างของฐานยิงจรวด - ซึ่งขาดหายไปสำหรับการแสดงผลนี้

ในตอนท้ายของสงครามโลกครั้งที่สองได้มีการแข่งขันทางทหารและทางวิทยาศาสตร์ระหว่างรัสเซีย, อังกฤษและสหรัฐอเมริกา ทีมงานมีการแข่งขันกันจับเทคโนโลยีทางด้านนี้และได้มีการฝึกอบรมบุคลากรจากโครงการจรวดของเยอรมันที่เมืองพีนเมนด์ (Peenemünde) ซึ่งเป็นหมู่บ้านเล็ก ๆ ในภาคตะวันออกเฉียงเหนือของเยอรมนีบนเกาะเล็ก ๆ ห่างจากชายฝั่งทะเลบอลติก ในช่วงสงครามโลกครั้งที่สองมันเป็นสถานที่หลักของการวิจัยและการทดสอบจรวดของเยอรมัน รัสเซียและสหราชอาณาจักรมีความสำเร็จบางส่วน แต่สหรัฐอเมริกานั้นได้รับประโยชน์มากที่สุด สหรัฐอเมริกาได้จับกุมนักวิทยาศาสตร์ด้านจรวดของเยอรมันเอาไว้เป็นจำนวนมาก, รวมทั้งวอน บรานน์ด้วย และได้นำพวกเขาทั้งหมดไปยังประเทศสหรัฐอเมริกาเพื่อเข้าร่วมเป็นส่วนหนึ่งของปฏิบัติการที่มีชื่อว่า "ปฏิบัติการมืดครึ้ม" (Operation Overcast) ในอเมริกา, จรวดแบบเดียวกันกับที่ได้รับการออกแบบให้ทำการยิงกระหน่ำเข้ามาใส่สหราชอาณาจักรนั้น ได้ถูกนำมาใช้แทนที่โดยนักวิทยาศาสตร์เพื่อให้เป็นยานพาหนะสำหรับการวิจัยเพื่อการพัฒนาทางเทคโนโลยีใหม่ ๆ ต่อไป จรวด V-2 นั้นได้ถูกพัฒนาไปเป็นจรวดเรดสโตนของอเมริกัน (Redstone rocket), ที่ใช้ในโครงการอวกาศในช่วงต้น

หลังสงคราม, จรวดถูกนำมาใช้ในการศึกษาสภาพของบรรยากาศชั้นสูง, อุณหภูมิและความดันของบรรยากาศโดยการควบคุมระยะไกลด้วยคลื่นวิทยุหรือการโทรมาตร, การตรวจหารังสีคอสมิก, และการวิจัยเพิ่มเติม; โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับเครื่องเบลล์ เอ็กซ์-1 (Bell X-1) ซึ่งเป็นเครื่องบินที่มีมนุษย์ควบคุมเป็นเครื่องแรกที่สามารถจะบินด้วยความเร็วจนทำลายกำแพงเสียงลงได้ เครื่องนี้ยังคงได้รับการทดสอบอยู่ในสหรัฐอเมริกาภายใต้การดูแลของวอนบรานน์และคนอื่น ๆ, ที่ได้ถูกกำหนดให้เป็นส่วนหนึ่งของชุมชนทางวิทยาศาสตร์แห่งสหรัฐอเมริกา (the US scientific community)

ด้วยการดำเนินการอย่างเป็นอิสระ, ในการวิจัยโครงการอวกาศของสหภาพโซเวียต (Soviet Union's space program) นั้นก็ได้ถูกดำเนินการให้มีความเป็นไปอย่างต่อเนื่องภายใต้การนำของหัวหน้านักออกแบบคนหนึ่งที่ชื่อ เซอร์ไก โคโรเลฟ (Sergei Korolev) ด้วยความช่วยเหลือของบรรดาช่างเทคนิคของเยอรมัน, จรวด วี-2 ได้รับการคัดลอกและปรับปรุงให้กลายเป็นขีปนาวุธแบบอาร์-1 (R-1), อาร์-2 (R-2), และ อาร์-5 (R-5) การออกแบบของเยอรมันนั้นได้ถูกทอดทิ้งลงในปลายปี ค.ศ. 1940 และเหล่าแรงงานต่างชาติทั้งหมดก็ได้ถูกส่งกลับบ้าน เครื่องยนต์รุ่นใหม่ ๆ ถูกสร้างขึ้นโดยกลูสโก และอยู่บนพื้นฐานของการประดิษฐ์คิดค้นของนักวิทยาศาสตร์อีกคนหนึ่งที่ชื่อว่า อีเล็กซี โมไฮเลิฟวิช ไชซีฟ (Aleksei Mihailovich Isaev) เป็นรูปแบบขั้นพื้นฐานของขีปนาวุธข้ามทวีป ICBM แบบ อาร์-7 (R-7) รุ่นแรก ๆ จรวดแบบอาร์-7 ได้ถูกนำไปใช้สำหรับในการนำส่งดาวเทียมสปุตนิก 1 ขึ้นสู่ห้วงอวกาศได้สำเร็จเป็นครั้งแรกและต่อมา ยูริ กาการิน-มนุษย์คนแรกที่ได้ขึ้นไปสู่อวกาศ, และการส่งยานสำรวจดวงจันทร์และดาวเคราะห์ต่าง ๆ เป็นครั้งแรก จรวดรุ่นนี้ยังคงถูกใช้งานอยู่จนถึงทุกวันนี้ เหตุการณ์ที่เกิดขึ้นเหล่านี้มีชื่อเสียงดึงดูดความสนใจจากนักการเมืองชั้นนำพร้อมกับเงินทุนเพิ่มเติมสำหรับการวิจัยต่อไป

ปัญหาหนึ่งที่ยังไม่เคยได้รับการแก้ไขเกี่ยวกับจรวดคือ การกลับเข้าสู่ชั้นบรรยากาศ (atmospheric reentry) โลกของจรวด มันได้ถูกแสดงให้เห็นแล้วว่า ในการโคจรของยานอวกาศในวงโคจรในชั้นบรรยากาศนั้นจะมีพลังงานจลน์ที่เกิดขึ้นจากการเคลื่อนที่เกิดขึ้นมากพอในขนาดที่จะทำให้เกิดความร้อนถึงขั้นที่จะระเหยตัวยานให้กลายเป็นไอได้อย่างง่ายดาย, และยังเป็นที่รู้จักกันดีว่าสามารถทำให้อุกกาบาตร่วงเป็นลูกไฟตกลงสู่พื้นดินได้ ความลึกลับนี้ได้รับการแก้ไขในสหรัฐอเมริกาในปี 1951 เมื่อ เอช จูเลียน อัลเลน (H. Julian Allen) และ เอ. เจ. เอ็กเกอร์ส, จูเนียร์. (A. J. Eggers, Jr.) แห่งคณะที่ปรึกษาด้านอวกาศแห่งชาติ (National Advisory Committee for Aeronautics) (NACA) ได้ค้นพบ ว่า รูปทรงของยานอวกาศที่มีรูปทรงแบบทู่ ๆ (แรงฉุดลากสูง) มีความเหมาะสมที่จะเป็นเกราะป้องกันความร้อนที่มีประสิทธิภาพได้มากที่สุด ด้วยรูปทรงแบบนี้ประมาณ 99% ของพลังงานความร้อน จะถูกถ่ายโอนกลับไปสู่อากาศโดยรอบ มากกว่าจะไหลเข้าสู่ผิวของอากาศยานนั้น ๆ และนี่จึงทำให้สามารถปกป้องความปลอดภัยให้ยานอวกาศในขณะที่กำลังเคลื่อนที่อยู่ในวงโคจรได้

การค้นพบของอัลเลนและเอ็กเกอร์ส, แม้ว่าจะได้รับการปกปิดไว้เป็นความลับทางการทหารในตอนแรก ๆ, ในที่สุดก็ได้ถูกตีพิมพ์เผยแพร่ออกสู่สาธารณชนในปี 1958 ทฤษฎีตัวถังรูปทรงแบบทู่ ๆ นี้ทำให้การออกแบบเกราะป้องกันความร้อนเกิดเป็นตัวเป็นตนเป็นรูปเป็นร่างขึ้นมาได้จากการนำไปใช้กับยานแคปซูลอวกาศในโครงการเมอคิวรี (Mercury program) และแคปซูลอวกาศอื่น ๆ และเครื่องบินอวกาศทั้งหลาย ช่วยทำให้นักบินอวกาศได้มีชีวิตอยู่รอดปลอดภัยขณะที่ตัวยานกำลังลุกโชนเป็นลูกไฟในขณะที่กำลังกลับเข้ามาสู่ชั้นบรรยากาศของโลก

ต้นแบบของยานเอ็มเค-2 (Mk-2) ยานอวกาศสำหรับการกลับเข้าสู่ชั้นบรรยากาศ (RV) บนพื้นฐานของทฤษฎีตัวถังรูปทรงแบบทู่

สงครามเย็น

บทความหลัก: ขีปนาวุธ

จรวดกลายเป็นสิ่งที่มีความสำคัญอย่างยิ่งในทางการทหารดังเช่น ขีปนาวุธข้ามทวีปสมัยใหม่ (ICBMs) เมื่อมันได้ถูกตระหนักแล้วว่าอาวุธนิวเคลียร์สามารถจะถูกนำพาบรรทุกไปได้บนพาหนะจรวดอันเป็นหลักสำคัญที่เป็นไปไม่ได้ที่ระบบป้องกันที่มีอยู่ที่จะหยุดการยิงปล่อยจากฐานที่ตั้งได้ในครั้งเดียว, และ การยิงขีปนาวุธ เช่น แบบ อาร์-7 (R-7), แบบ แอตเลิส (Atlas) และ แบบ ไททัน (Titan) กลายเป็นแพลตฟอร์มการส่งมอบของทางเลือกสำหรับอาวุธเหล่านี้

ทีมงานจรวดของฟอน บราน ในปี ค.ศ. 1961 (Von Braun's rocket team)

สาเหตุส่วนหนึ่งจากสงครามเย็น, ปี 1960 กลายเป็นทศวรรษของการพัฒนาอย่างรวดเร็วของเทคโนโลยีจรวดโดยเฉพาะอย่างยิ่งในสหภาพโซเวียต (จรวดวอสตอก (Vostok), จรวดโซยุซ, (Soyuz), จรวดโปรตอน (Proton)) และในประเทศสหรัฐอเมริกา (เช่น อากาศยาน แบบ เอ็กซ์-15 (X-15) และ แบบ เอ็กซ์-20 ไดน่า-ซัวร์ (X-20 Dyna-Soar)) นอกจากนี้ก็ยังมีการวิจัยอย่างมีนัยสำคัญในประเทศอื่น ๆ เช่น อังกฤษ, ญี่ปุ่น, ออสเตรเลีย, ฯลฯ และการใช้งานที่เพิ่มขึ้นของจรวดสำหรับการสำรวจอวกาศ (Space exploration) ด้วยภาพถ่ายที่ถูกส่งกลับมาจากอีกฟากด้านหนึ่งของดวงจันทร์และเที่ยวบินไร้คนขับสำหรับการสำรวจดาวอังคาร (Mars exploration)

ในโครงการส่งมนุษย์ขึ้นสู่อวกาศของอเมริกา, โครงการเมอร์คิวรี (Project Mercury), โครงการเจมิไน (Project Gemini), และต่อมา โครงการอะพอลโล (Apollo programme) อันเป็นจุดสูงสุดของโครงการ ในปี 1969 ด้วยการส่งมนุษย์ไปลงบนพื้นผิวดวงจันทร์ (landing on the moon) เป็นครั้งแรกโดยผ่านทางจรวดแซทเทิร์น 5 (Saturn V), อันเป็นสาเหตุทำให้หนังสือพิมพ์นิวยอร์กไทม์สในสมัยนั้นได้ทำการเพิกถอนบทบรรณาธิการของหนังสือพิมพ์ก่อนหน้านี้ของพวกเขา ที่ได้เขียนบอกกล่าวเปรียบเปรยเป็นนัยว่าการเดินทางในอวกาศของยานอวกาศจะไม่สามารถทำให้เกิดขึ้นมาได้จริง:

“ Further investigation and experimentation have confirmed the findings of Isaac Newton in the 17th century and it is now definitely established that a rocket can function in a vacuum as well as in an atmosphere. The Times regrets the error. ”

“ จากการตรวจสอบและการทดลองเพิ่มเติมได้รับการยืนยันผลการวิจัยของ ไอแซก นิวตัน ในศตวรรษที่ 17 และเป็นที่ยอมรับในขณะนี้แน่นอนว่าจรวดสามารถทำงานในสภาพที่เป็นสูญญากาศได้เช่นเดียวกับในชั้นบรรยากาศ ไทม์รู้สึกเสียใจต่อข้อผิดพลาดในครั้งนี้เป็นอย่างยิ่ง ”

ในปี 1970 สหรัฐอเมริกาได้ดำเนินโครงการต่อไปอีกคือ การส่งคนไปเหยียบดวงจันทร์, ก่อนที่จะยกเลิกโครงการอพอลโลไปในปี 1975 ต่อมาได้มีการสร้างยานอวกาศพาหนะเข้ามาทดแทน, ซึ่งชิ้นส่วนบางชิ้นนั้นสามารถที่จะถูกนำกลับมาใช้ใหม่ได้อีก มันคือ 'กระสวยอวกาศ' โดยมีเจตนามุ่งหมายในการที่จะทำให้มีราคาค่าใช้จ่ายในการก่อสร้างและการบำรุงรักษาให้มีราคาที่ถูกกว่า, แต่การลดขนาดของค่าใช้จ่ายในการดำเนินการที่มีจำนวนมากมายนั้นไม่ค่อยประสบความสำเร็จเท่าที่ควรเสียเป็นส่วนใหญ่ ในขณะเดียวกันในปี 1973, โครงการจรวดอาริอาน (Ariane programme) ก็พอที่จะเริ่มต้นเปิดตัวโครงการขึ้นต่อมาได้, ซึ่งในปี ค.ศ. 2000 โครงการได้เข้ามาจับจองตลาดธุรกิจในด้านที่เกี่ยวกับ ดาวเทียมพ้องคาบโลก หรือ จีโอแซท (geosat) ได้เป็นจำนวนมาก

จรวดในยุคปัจจุบันนี้

ยาน "สเปซชิปวัน" (SpaceShipOne)

จรวดยังคงเป็นอาวุธที่ใช้สำหรับในทางด้านการทหารที่ได้รับความนิยมอยู่เสมอมา การใช้งานของจรวดในสมรภูมิการรบใหญ่ ๆ ของจรวดแบบ จรวดวี-2 นั้นได้ก่อให้เกิดเทคนิควิธีการอันเป็นแนวทางในการสร้างขีปนาวุธ (missiles) แบบที่สามารถนำวิถีด้วยตัวมันเองขึ้นมาได้ อย่างไรก็ตาม จรวดมักจะถูกนำไปใช้เป็นอาวุธในเฮลิคอปเตอร์และอากาศยานเบา (light aircraft) สำหรับเพื่อการโจมตีทางภาคพื้นดินต่อฝ่ายศัตรู, จึงทำให้กลายเป็น "อาวุธประจำกาย" สำหรับเฮลิคอปเตอร์และอากาศยานเบาลำนั้น ๆ ที่จะมีประสิทธิภาพมากขึ้นกว่าการใช้แค่เพียงอาวุธปืนอย่างเช่น ปืนกล (machine gun) อย่างที่เคยมีการติดตั้งเป็นอาวุธประจำเครื่องใช้กันเหมือนเมื่อในครั้งอดีต, แต่ก็จะไม่มีแรงที่เกิดจากการสะท้อนตัวกลับของปืนใหญ่ขนาดหนักเมื่อเวลายิงกระสุนออกไปในแต่ละครั้งและจากช่วงตั้งแต่ต้นปี 1960 เป็นต้นมา ขีปนาวุธชนิดที่เป็นแบบขีปนาวุธอากาศสู่อากาศ (air-to-air missile) ก็ได้กลับกลายมาเป็นที่นิยมชื่นชอบกันมากขึ้น ๆ อาวุธจรวดแบบที่ใช้ประทับบ่ายิง (Shoulder-launched rocket weapon) ถูกนำไปใช้อย่างเป็นที่แพร่หลายในบทบาทภารกิจในการต่อต้านรถถังเนื่องจากความเรียบง่ายของพวกมันที่มีต้นทุนต่ำ, น้ำหนักเบา, ความถูกต้องแม่นยำ และ ประสิทธิภาพในการทำลายล้างเป้าหมายที่สูง

ประเภทของจรวด

ลักษณะของยานพาหนะที่เรียกว่าจรวด

แซทเทิร์น 5 (Saturn V) เป็นจรวดที่ใหญ่ที่สุดที่ประสบความสำเร็จในการบิน

พาหนะ "จรวด" มักจะสร้างในแบบฉบับรูปร่างที่สูงเพรียว ที่จะยื่นยาวออกไปในแนวตั้ง แต่ก็มีหลายชนิดที่สร้างขึ้นให้มีความแตกต่างกันออกไป

• รุ่นเล็ก ๆ เช่น จรวดบอลลูน, จรวดน้ำ, skyrockets หรือจรวดเชื้อเพลิงแข็งขนาดเล็กที่สามารถหาซื้อได้ที่ร้านขายของเล่น
• ขีปนาวุธ (missiles)
• จรวดอวกาศ เช่น จรวดแซทเทิร์น 5 (Saturn V) ที่ใช้สำหรับโครงการอะพอลโล (Apollo)
• รถจรวด (rocket car)
• จักรยานจรวด (rocket bike)
• เครื่องบินจรวด (rocket-powered aircraft)
• เลื่อนจรวด (rocket sled)
• รถไฟจรวด (rocket train)
• จรวดตอร์ปิโด (rocket torpedo)
• ยานบินส่วนบุคคล (jet pack)
• ระบบการหนีภัยฉุกเฉิน เช่น ระบบเก้าอี้ดีดตัวและระบบดีดตัวนิรภัย (ejection seat and launch)
• ยานสำรวจอวกาศ (space probe)

การออกแบบ

การออกแบบสร้างจรวดสามารถทำได้ง่ายเพียงใช้หลอดกระดาษแข็งที่เต็มไปด้วยผงสีดำ (ดินปืน) แต่เพื่อให้มีประสิทธิภาพ การออกแบบจรวดหรือขีปนาวุธที่ถูกต้องเกี่ยวข้องกับการเอาชนะจำนวนของปัญหาที่ยุ่งยาก ความยากลำบากที่สำคัญ ได้แก่ การระบายความร้อนในห้องเผาไหม้, ปั๊มเชื้อเพลิง (ในกรณีของเชื้อเพลิงเหลว), การควบคุมและแก้ไขทิศทางของการเคลื่อนที่

ไดอะแกรมของเครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงเหลวและกระแสของการไหลผ่านท่อและปั๊มกังหันเทอร์ไบน์ของเชื้อเพลิงและตัวอ๊อกซิไดซ์ (ซึ่งช่วยระบายความร้อนของผนังห้องเผาไหม้และหัวฉีดไปด้วยในตัว) โดยรวม

ส่วนประกอบ

จรวดประกอบไปด้วยเชื้อเพลิงจรวด, ที่บรรจุเชื้อเพลิงจรวด (เช่นถังเชื้อเพลิงจรวด) และหัวฉีด จรวดยังอาจจะมีเครื่องยนต์จรวดหนึ่งเครื่องหรือมากกว่า, อุปกรณ์รักษาเสถียรภาพทิศทาง (เช่น ครีบหางควบคุมทิศทาง, เครื่องยนต์จรวดเล็กสำหรับปรับทิศทางหรือ เข็มทิศไจโรแบบ 3 แกนมิติ เพื่อรักษาทิศทางเดิมของตัวจรวดเอาไว้ในการกลับคืนสู่ที่หมายเดิม หรือที่เรียกกันว่า "กิมบอล" (gimbal), เครื่องยนต์จรวดสำหรับปรับความเร็ว, ไจโรสโคป) และโครงสร้างตัวจรวด (มักจะเป็นจรวดท่อนเดียว) จะถือองค์ประกอบเหล่านี้เข้าด้วยกัน จรวดที่มุ่งหมายสำหรับใช้ในชั้นบรรยากาศด้วยอัตราเร็วสูงยังมีแฟร์ริ่ง (fairing) หรือโครงสร้างที่เป็นเปลือกนอกของตัวอากาศยานมีหน้าที่เป็นแผ่นเปลือกนอกที่ห่อหุ้มตัวอากาศยานนั้น ๆ และยังมีหน้าที่อีกอย่างคือ ช่วยลดแรงต้านทานจากกระแสการไหลของอากาศในทางหลักอากาศพลศาสตร์อีกด้วย ตัวอย่างเช่น กรวยจมูกของจรวด (nose cone), ซึ่งมักจะบรรจุสัมภาระน้ำหนักบรรทุกเอาไว้อยู่ภายใค้ฝาครอบของกรวยจมูกจรวดเอาไว้ด้วย

เช่นเดียวกับองค์ประกอบเหล่านี้จรวดสามารถมีจำนวนขององค์ประกอบอื่น ๆ ได้อีก เช่น ปีก (เครื่องบินจรวด (rocketplane)), ร่มชูชีพ, ล้อ (รถยนต์จรวด), แม้แต่, ในความรู้สึก, ส่วนบุคคล (เข็มขัดจรวด (rocket belt) หรือ ยานบินส่วนบุคคล (Jet pack)) ยานพาหนะที่พบบ่อยมีระบบนำทาง (navigation system) และระบบนำวิถี (guidance system) ที่มักจะใช้การนำทางด้วยดาวเทียม (satellite navigation) และระบบนำทางด้วยความเฉื่อย (inertial navigation system)

เครื่องยนต์

บทความหลัก: เครื่องยนต์จรวด

เครื่องยนต์จรวด ไวกิ้ง 5 ซี (Viking 5C rocket engine)

เครื่องยนต์จรวดใช้หลักการขับเคลื่อนด้วยไอพ่น เครื่องยนต์ขับเคลื่อนจรวดมาในหลากหลายรูปแบบ; รายการที่ครอบคลุมสามารถพบได้ในเครื่องยนต์จรวด จรวดในปัจจุบันส่วนใหญ่เป็นจรวดที่ใช้พลังงานทางเคมี (โดยปกติมักจะเป็นเครื่องยนต์สันดาปภายใน (internal combustion engines), แต่บางแบบก็ใช้การแยกสลายตัวของเชื้อเพลิงจรวดแบบโมโน (decomposing monopropellant) ที่จะปล่อยก๊าซไอเสีย (exhaust gas) ร้อนออกมา เครื่องยนต์จรวดสามารถใช้เชื้อเพลิงจรวดที่เป็นแก๊ส, เชื้อเพลิงแข็ง (solid propellant), เชื้อเพลิงเหลว (liquid propellant), หรือส่วนผสมไฮบริดทั้งของแข็งและของเหลว (hybrid mixture of both solid and liquid)

เชื้อเพลิงจรวด (Propellant)

บทความหลัก: เชื้อเพลิงจรวด

Gas Core light bulb

เชื้อเพลิงจรวดเป็นมวลสารเชื้อเพลิงที่เป็นของเหลวในอุณหภูมิต่ำมาก ๆ และมีความดันสูงมาก และได้ถูกกักเก็บเอาไว้มักจะอยู่ในรูปแบบของถังหรือท่อรูปทรงกระบอกที่มีเอาไว้กักเก็บเชื้อเพลิงก่อนที่จะถูกนำออกมาใช้เป็นมวลสารขับดันที่จะเกิดการสันดาปเกิดเป็นเปลวไฟก๊าซร้อนความดันสูงมากและพุ่งออกมาจากด้านท้ายของเครื่องยนต์จรวดในรูปแบบของลำของไหลไอพ่นเพื่อสร้างให้เกิดแรงผลักดันให้ลำตัวจรวดพุ่งไปในทิศทางตรงกันข้าม จรวดเคมีมักจะใช้เชื้อเพลิงจรวดเป็นเชื้อเพลิง เช่น ไฮโดรเจนเหลวหรือน้ำมันก๊าดที่ถูกเผาไหม้ด้วยตัวช่วยสันดาปเช่นออกซิเจนเหลวหรือกรดไนตริกในการสร้างให้เกิดก๊าซร้อนมากในปริมาณมาก ๆ ตัวออกซิไดซ์หรือตัวช่วยในการเผาไหม้จะเป็นทั้งที่ถูกเก็บรักษาไว้แยกต่างหากและนำมาผสมกันในห้องเผาไหม้, หรือนำมาผสมกันแบบสำเร็จรูป, เพื่อใช้ทำเป็นจรวดเชื้อเพลิงแข็ง

บางครั้ง เชื้อเพลิงจรวดจะไม่ได้รับการเผาไหม้ แต่ยังคงได้รับการเกิดปฏิกิริยาเคมีอยู่, และอาจจะเป็น 'monopropellant' เช่น ไฮดราซีน (hydrazine), ไนตรัสออกไซด์ (nitrous oxide) หรือ ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ ที่สามารถย่อยสลายแบบเร่งปฏิกิริยา (catalytically) ไปเป็นแก๊สร้อนได้

อีกวิธีหนึ่ง, คือเชื้อเพลิงจรวดแบบเฉื่อย (inert propellant) สามารถนำมาใช้โดยที่สามารถให้ความร้อนจากแหล่งภายนอกได้, เช่น ในจรวดพลังไอน้ำ (steam rocket), จรวดพลังความร้อนสุริยะ (solar thermal rocket) หรือ จรวดพลังความร้อนนิวเคลียร์ (nuclear thermal rocket)

สำหรับจรวดขนาดเล็ก, จรวดประสิทธิภาพต่ำ เช่น ตัวขับดันสำหรับควบคุมท่าทางการทรงตัว (attitude control thruster) ในการบินของยานอวกาศหรืออวกาศยาน เมื่อถูกทำให้มีประสิทธิภาพที่สูงขึ้นแล้วจะมีความจำเป็นน้อยลง, ของเหลวที่มีแรงดันนั้นจะถูกใช้เพื่อเป็นเชื้อเพลิงจรวดเพียงเพื่อยานอวกาศจะใช้เป็นแรงผลักดันสำหรับในการหนีออกจากวงโคจรโดยผ่านทางหัวฉีดแรงขับ (propelling nozzle)

การใช้ประโยชน์

จรวดหรืออุปกรณ์อื่น ๆ ที่คล้ายคลึงกันกับอุปกรณ์ที่อาศัยแรงปฏิกิริยาจะต้องบรรทุกนำพาเอาเชื้อเพลิงจรวดของตัวเองที่จำเป็นจะต้องใช้เพื่อการนี้ติดไปด้วยเมื่อไม่มีสารเคมีอื่น ๆ (ไม่ว่าทางบก, ทางน้ำ หรือ ทางอากาศ) หรืออาศัยแรง (เช่น แรงโน้มถ่วง, อำนาจแม่เหล็ก, แสง) ที่ยานพาหนะอาจจำเป็นจะต้องใช้เพื่อเป็นประโยชน์สำหรับการขับเคลื่อน, เช่น ในอวกาศ ในสถานการณ์เช่นนี้, มีความจำเป็นจะต้องนำพาบรรทุกเอาเชื้อเพลิงจรวดทั้งหมดที่จรวดจะต้องใช้ติดขึ้นไปด้วย

อย่างไรก็ตาม, จรวดยังมีประโยชน์ในสถานการณ์อื่น ๆ อีก ได้แก่:

การทหาร

บทความหลัก: ขีปนาวุธ

ขีปนาวุธไทรเดนท์ 2 (Trident II missile) ถูกยิงปล่อยขึ้นจากทะเล

อาวุธทางทหารบางอย่างใช้จรวดเพื่อขับเคลื่อนหัวรบ (warhead) ไปสู่ยังเป้าหมายของพวกเขา จรวดและน้ำหนักบรรทุกของมันเมื่อถูกรวมเข้าด้วยกันโดยทั่วไปจะเรียกว่าเป็น ขีปนาวุธ เมื่ออาวุธนั้นมีระบบนำวิถีอยู่ด้วย (ขีปนาวุธไม่ทั้งหมดที่ใช้เครื่องยนต์จรวด, บางอย่างก็ใช้เครื่องยนต์แบบอื่น ๆ เช่น เครื่องยนต์ไอพ่น) หรือเป็นแค่ จรวด (อาวุธ) ธรรมดา ๆ ถ้ามันไม่ถูกนำวิถี ขีปนาวุธต่อต้านรถถังและขีปนาวุธต่อต้านอากาศยาน (anti-aircraft missile) ใช้เครื่องยนต์จรวดที่จะเป็นตัวขับเคลื่อนขีปนาวุธเพื่อให้พุ่งเข้าหาเป้าหมายที่อัตราเร็วสูงในช่วงระยะห่างหลาย ๆ ไมล์ได้, ในขณะที่ขีปนาวุธข้ามทวีปก็สามารถใช้ในการบรรทุกหัวรบนิวเคลียร์ (multiple nuclear warhead) ได้เป็นจำนวนหลายหัวรบจากระยะทางหลายพันไมล์ได้, และขีปนาวุธต่อต้านขีปนาวุธข้ามทวีป (anti-ballistic missile) ก็พยายามที่จะหยุดยั้งยิงสกัดกั้นการเคลื่อนเข้าสู่เป้าหมายในการนี้เอาไว้ให้จงได้ จรวดยังได้ถูกนำไปใช้ในการทดสอบสำหรับการลาดตระเวณ, เช่น จรวดปิงปอง (Ping-Pong rocket), ซึ่งจะถูกยิงปล่อยออกมาเพื่อค้นหาตรวจตราเป้าหมายศัตรู, อย่างไรก็ดี, จรวดรีคอน (recon rocket) ก็ไม่เคยได้ถูกนำเข้ามาใช้อย่างกว้างขวางในทางทหารแต่อย่างใด

วิทยาศาสตร์และการวิจัย

จรวดหยั่งอวกาศ "บั๊มเปอร์" (กันชน) (Bumper)

ดูเพิ่ม: ยานสำรวจอวกาศ (Space probe)

จรวดหยั่งอวกาศ (Sounding rocket) โดยทั่วไปแล้วมักใช้ในการบรรทุกเอาเครื่องมือทางวิทยาศาสตร์ที่ใช้ทำการอ่านค่าจากระยะความสูงจาก 50 กิโลเมตร (31 ไมล์) ถึง 1,500 กิโลเมตร (930 ไมล์) เหนือพื้นผิวของโลกติดขึ้นไปกับจรวดด้วย

เครื่องยนต์จรวดยังใช้ในการขับเคลื่อนเลื่อนจรวด (rocket sled) ไปตามรางรถไฟด้วยอัตราเร็วที่สูงมาก บันทึกสถิติโลก คือ ที่อัตราเร็ว มัค 8.5

การบินอวกาศ (spaceflight)

บทความหลัก: การบินอวกาศ

จรวดขนาดใหญ่ปกติจะมีการยิงปล่อยได้จากฐานยิงจรวดที่ให้การรองรับสนับสนุนด้วยความมีเสถียรภาพตราบจนกระทั่งถึงไม่กี่วินาทีหลังจากการจุดระเบิดเผาไหม้เชื้อเพลิงของเครื่องยนต์จรวด เนื่องจากความเร็วไอเสียของจรวดมีค่าสูงที่ประมาณ 2,500 ถึง 4,500 เมตร ต่อ วินาที (9,000 ถึง 16,200 กิโลเมตร ต่อ ชั่วโมง; 5,600 ถึง 10,100 ไมล์ต่อชั่วโมง) -จรวดจะมีประโยชน์โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อต้องการอัตราเร็วที่สูงมาก เช่น ความเร็ววงโคจรที่ประมาณ 7,800 เมตร ต่อ วินาที (28,000 กิโลเมตร ต่อ ชั่วโมง; 17,000 ไมล์ต่อชั่วโมง) ยานอวกาศที่ถูกส่งเข้ามาในวิถีวงโคจรได้กลายมาเป็นดาวเทียม (artificial satellites), ซึ่งจะใช้เพื่อวัตถุประสงค์ในเชิงพาณิชย์เป็นจำนวนมาก อันที่จริงแล้ว, จรวดยังคงเป็นวิธีเดียวที่จะนำส่งยานอวกาศขึ้นสู่วงโคจรและอาจจะไปไกลได้เกินกว่านั้น จรวดยังถูกใช้ในการเร่งความเร็วยานอวกาศเมื่อต้องการเปลี่ยนวงโคจรหรือออกจากวงโคจรสำหรับการการลงจอด (landing) ของยานอวกาศ นอกจากนี้, จรวดอาจถูกใช้เพื่อการชะลอตัวลงแทนการใช้ร่มชูชีพที่กางออกได้ยากสำหรับในการลงจอดในทันทีก่อนที่จะมีการร่อนลงแตะพื้นดินของยานอวกาศ (ดู จรวดถอยหลัง (retrorocket))

กู้ภัย

ยานอพอลโลกำลังทดสอบระบบจรวดหนีภัย (Apollo LES pad abort test) กับห้องแคปซูลโมดูลบังคับการลูกเรือของยาน

จรวดถูกนำมาใช้เพื่อขับเคลื่อนลากจูงเชือกให้กับเรือที่กำลังอับปางเพื่อที่ว่ากางเกงชูชีพ (Breeches buoy) จะสามารถนำมาใช้เพื่อช่วยเหลือผู้ที่กำลังติดอยู่ในเรือได้ จรวดยังใช้ในการยิงพลุฉุกเฉิน (emergency flare) ได้อีกด้วย

ลูกเรือของจรวดบางลำ, โดยเฉพาะจรวดแซทเทิร์น 5 (Saturn V) และจรวดโซยุซ (Soyuz) จะมีระบบจรวดหนีภัย (launch escape systems) อยู่ด้วย ระบบนี้มีขนาดเล็ก, มักจะใช้จรวดเชื้อเพลิงแข็งที่มีความสามารถในการดึงแคปซูลของลูกเรือที่เป็นส่วนที่อยู่ตรงปลายส่วนยอดบนสุดของจรวด ให้ลอยออกห่างจากจรวดส่วนที่เป็นส่วนหลักเมื่อเวลาเกิดเหตุผิดพลาดฉุกเฉิน เช่น จรวดเกิดระเบิดที่ฐานปล่อย ให้ไปสู่บริเวณยังที่ที่มีความปลอดภัยในช่วงเวลาที่ไม่มีสิ่งใดที่จะแจ้งให้ทราบล่วงหน้ามาก่อนได้ ประเภทของระบบเหล่านี้ได้รับการปฏิบัติการหลายต่อหลายครั้ง, ทั้งในการทดสอบและการบินและทำงานได้อย่างถูกต้องในแต่ละครั้ง นี่คือกรณีที่เกิดขึ้นเมื่อระบบรับรองความปลอดภัย (Safety Assurance System) (ศัพท์เฉพาะของโซเวียต) ประสบความสำเร็จในการดึงแคปซูล L3 ออกจากตัวจรวดได้ในช่วงระยะเวลาสามในสี่ของการยิงจรวดขึ้นจากฐานปล่อยหลังเกิดความผิดพลาดล้มเหลวของการส่งจรวดไปดวงจันทร์ของสหภาพโซเวียต, คือ จรวด N1 3L, 5L และ 7L ในกรณีของทั้งสามยานแคปซูล, แม้ว่าจะปราศจากมนุษย์คอยควบคุมบังคับการอยู่ภายใน, แต่ก็สามารถอยู่รอดปลอดภัยจากการถูกทำลายได้ ควรจะตั้งข้อสังเกตไว้ด้วยว่ามีเพียงจรวด N1 ทั้งสามรุ่นดังกล่าวที่มีระบบรับรองความปลอดภัยในการทำงาน จรวดที่โดดเด่น อย่างเช่น, จรวด 6L, จะมีส่วนของจรวดตอนบนที่เป็นหุ่นจำลองและดังนั้นจึงไม่มีระบบการหนีภัยให้กับตัวขับดัน หรือบูสเตอร์จรวด N1 (N1 booster) ด้วยอัตราความสำเร็จ 100% สำหรับทางออกจากการปล่อยจรวดที่ล้มเหลว

การหนีภัยที่ประสบความสำเร็จของแคปซูลจรวดที่มีมนุษย์โดยสารไปด้วยเกิดขึ้นเมื่อ จรวดโซยุซ ที-10 (Soyuz T-10) ในภารกิจในการไปเยือนสถานีอวกาศซัลยุซ 7 (Salyut 7 space station) ได้เกิดระเบิดขึ้นบนฐานปล่อยจรวด จรวดเชื้อเพลิงแข็งนั้นจะใช้ในการขับเคลื่อนเก้าอี้ดีดตัว (ejection seat) ของนักบินที่ใช้ในอากาศยานทางทหารจำนวนมากเพื่อขับเคลื่อนลูกเรือหรือนักบินให้ลอยพุ่งออกห่างไปจากตัวอากาศยานเพื่อความปลอดภัยจากตัวอากาศยานเลำนั้น ๆ เมื่อมันกำลังสูญเสียการควบคุมในการบิน

งานอดิเรก, กีฬา, และความบันเทิง

มือสมัครเล่นจะทำการสร้างและบินในโมเดลจรวด (model rocket) จำลองที่หลากหลายของจรวดแบบต่าง ๆ หลาย ๆ บริษัทได้ผลิตชุดอุปกรณ์โมเดล (model rocket kit) และชิ้นส่วนของจรวดออกมาวางขาย แต่เนื่องจากความเรียบง่ายโดยธรรมชาติของพวกมือสมัครเล่นบางคนที่เป็นที่ทราบกันดีว่าพวกเขาจะทำการสร้างแต่ละชิ้นส่วนของจรวดขึ้นมาเองเกือบทุกอย่าง จรวดนอกจากนี้ยังถูกใช้ในผู้บริโภคและผู้เชี่ยวชาญดอกไม้ไฟมืออาชีพบางประเภท จรวดพลังน้ำ (A Water Powered Rocket) คือประเภทของโมเดลจรวดที่ใช้น้ำเป็นมวลปฏิกิริยา ท่อความดัน (เครื่องยนต์ของจรวด) โดยปกติจะใช้ขวดน้ำอัดลมพลาสติก น้ำจะถูกทำให้มีแรงดันจากแรงดันของก๊าซ, โดยทั่วไปจะใช้การอัดอากาศ มันเป็นตัวอย่างของกฎการเคลื่อนที่ข้อที่สามของนิวตัน

ขนาดมาตราส่วนของวิทยาการที่เกี่ยวกับจรวดมือสมัครเล่นสามารถแบ่งประเภทได้ตั้งแต่จรวดขนาดเล็กที่ยิงขึ้นจากในสนามหลังบ้านของคุณเองไปจนถึงจรวดที่สามารถหยั่งบรรลุเข้าสู่ห้วงอวกาศได้ วิทยาการจรวดมือสมัครเล่นแบ่งออกได้เป็นสามประเภท: คือ พลังงานต่ำ, พลังงานปานกลาง, และ พลังงานสูง

ออสเตรเลีย, ออสเตรีย, แคนาดา, เยอรมนี, นิวซีแลนด์, สวิสเซอร์แลนด์, สหราชอาณาจักร, และ สหรัฐอเมริกา มีสมาคมจรวดพลังงานสูงที่ให้การรับรองให้แก่สมาชิกในการบินจรวดด้วยขนาดเครื่องยนต์จรวดที่แตกต่างกัน ในขณะที่การเข้าร่วมกับองค์กรเหล่านี้ไม่มีความจำเป็น, พวกเขามักจะจัดให้มีการประกันภัยและการสละสิทธิทางด้านการบินสำหรับสมาชิกของพวกเขา

จรวดไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ถูกนำมาใช้เป็นแหล่งกำลังขับเคลื่อนในยานบินส่วนบุคคล (jet packs) และได้ถูกนำมาใช้เป็นต้นกำลังให้กับรถยนต์ (cars) และรถจรวด (rocket car) ตลอดรวมไปจนถึง (แม้จะไม่เป็นทางการ) บันทึกสถิติการแข่งรถแข่งแบบแดรก (Drag Racing) (Drag Racing คือ การแข่งขันรถแข่งประเภททางตรง โดยจะจับคู่ ปล่อยรถไปทีละสองคัน ในระยะทางมาตรฐานที่ 402 เมตร หรือที่เรียกว่า ควอเตอร์ไมล์นั่นเอง)

จรวดคอร์พิวแลนท์ สตั้มพ์ (Corpulent Stump) เป็นจรวดที่ไม่เป็นเชิงพาณิชย์ที่มีประสิทธิภาพที่สุดที่เคยถูกยิงปล่อยโดยใช้เครื่องยนต์จรวดแอโรแทค (Aerotech engine) ในสหราชอาณาจักร

เสียง

คนงานและสื่อมวลชนที่มาร่วมเป็นสักขีพยานในการทดสอบระบบยับยั้งเสียงด้วยน้ำ (Water Sound Suppression System) ที่ฐานปล่อยจรวด 39A

ไอเสียจรวดจะสร้างปริมาณที่มีความสำคัญของพลังงานอะคูสติก (acoustic energy) (คือ พลังงานที่เกี่ยวกับทางด้านเสียง) ในฐานะที่เป็นไอเสียที่มีความเร็วเหนือเสียงที่ชนปะทะเข้ากับอากาศที่อยู่แวดล้อมโดยรอบ, คลื่นกระแทก (shock wave) จึงได้เกิดก่อตัวขึ้น ความเข้มเสียง (sound intensity) จากคลื่นกระแทกเหล่านี้ขึ้นอยู่กับขนาดของจรวดเช่นเดียวกับความเร็วของไอเสีย ความเข้มเสียงของจรวดที่มีขนาดใหญ่, มีสมรรถนะสูงอาจจะมีศักยภาพที่จะสามารถฆ่าคนที่อยู่ในบริเวณรัศมีระยะใกล้ ๆ ให้ตายได้

กระสวยอวกาศจะสร้างเสียงดังระดับ 180 เดซิเบลออกมารอบ ๆ ฐานปล่อย การต่อต้านต่อเสียงดังที่เกิดขึ้นนี้, นาซาได้พัฒนาระบบการยับยั้งเสียงซึ่งสามารถสร้างกระแสการไหลของน้ำในอัตราที่สูงถึง 900,000 แกลลอนต่อนาที (หรือ 57 ลูกบาศก์เมตร ต่อ วินาที (เขียนเป็นคำอุปสรรค คือ 57 m³/s)) ลงไปบนฐานปล่อยจรวด น้ำจะลดทอนระดับเสียงลงจาก 180 เดซิเบลลงไปที่ระดับ 142 เดซิเบล (ต้องการการออกแบบเป็น 145 เดซิเบล) หากปราศจากระบบลดทอนเสียง, คลื่นอะคูสติกที่สะท้อนออกมาจากฐานปล่อยจรวดจะสะท้อนตรงเข้าหาตัวจรวดและอาจจะมีผลกระทบกระเทือนต่ออุปกรณ์เครื่องไม้เครื่องมือสัมภาระและลูกเรือของจรวดที่มีความอ่อนไหวต่อการสั่นสะเทือนได้ คลื่นเสียงเหล่านี้อาจรุนแรงมากจนสามารถทำลายจรวดได้

การส่งจรวดแซทเทิร์น 5 (Saturn V) สามารถตรวจจับได้จากไซสโมมิเตอร์ (seismometer) ในระยะทางไกลจากไซต์ที่ปล่อยจรวด

เสียงที่เกิดขึ้นโดยทั่วไปจะรุนแรงที่สุดเมื่อจรวดอยู่ใกล้กับพื้นดิน, เนื่องจากเสียงจากเครื่องยนต์จะแผ่กระจายออกจากเจ็ตไอเสีย, ตลอดจนสะท้อนออกจากพื้น เสียงดังนี้สามารถลดลงได้ด้วยคูระบายเปลวไฟที่มุงหลังคา (flame trenches with roof), โดยการฉีดน้ำไปยังบริเวณรอบ ๆ ลำเปลวเจ็ตไอเสีย, และโดยการหันเหลำเปลวเจ็ตไอเสียให้เป็นมุม

สำหรับวิธีการต่าง ๆ ของลูกเรือของจรวดจะถูกใช้ในการลดความเข้มของเสียงสำหรับผู้โดยสาร, และโดยปกติแล้วตำแหน่งของนักบินอวกาศที่อยู่ห่างจากเครื่องยนต์จรวดจะมีส่วนช่วยได้มากอย่างมีนัยสำคัญ สำหรับผู้โดยสารและลูกเรือเมื่ออากาศยานเคลื่อนที่ด้วยอัตราเร็วเหนือเสียง เสียงจะถูกสกัดกั้นเอาไว้เนื่องจากคลื่นเสียงไม่สามารถไล่ติดตามตัวอากาศยานลำนั้น ๆ ได้อีกต่อไป

ฟิสิกส์ของจรวด

การทำงาน

ลูกโป่งที่มีหัวฉีดเรียวเล็ก ในกรณีนี้, หัวฉีดเองไม่ได้ผลักดันลูกโป่ง แต่ถูกดึงดูดให้เข้ามาหา หัวฉีดแบบปลาย เรียวเข้าหากัน/แบบถ่างออก จะทำงานดีกว่า

บทความหลัก: เครื่องยนต์จรวด

ผลลัพธ์ของการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงจรวดในเครื่องยนต์จรวดคือการเพิ่มความเร็วของก๊าซที่เป็นผลทำให้แก๊สมีอัตราเร็วที่สูงมาก, ด้วยเหตุนี้จึงทำให้เกิดการผลิตแรงผลักดันขึ้นต่อตัวจรวด ในตอนแรก, แก๊สจากการเผาไหม้จะถูกส่งกระจายไปในทุกทิศทาง แต่จะมีเพียงแค่บางส่วนเท่านั้นที่จะผลิตแรงผลักดันสุทธิให้เกิดขึ้น ทิศทางในอุดมคติของการเคลื่อนที่ของไอเสียจะอยู่ในทิศทางเพื่อที่จะทำให้เกิดแรงผลักดัน ที่ปลายด้านบนของห้องเผาไหม้ที่ร้อน, ของไหลก๊าซร้อนที่มีพลังจะไม่สามารถเคลื่อนที่ไปข้างหน้าได้, ดังนั้นจึงผลักดันขึ้นทางด้านบนของห้องเผาไหม้ (combustion chamber) ของเครื่องยนต์จรวด เนื่องจากก๊าซเผาไหม้เข้าใกล้ทางออกของห้องเผาไหม้, มันจึงเพิ่มอัตราเร็วขึ้น ผลกระทบของส่วนที่บรรจบกันเป็นรูปกรวยของหัวฉีดท่อไอเสียของเครื่องยนต์จรวดในของไหลความดันสูงของก๊าซที่ถูกเผาไหม้คือการทำให้แก๊สมีการเร่งความเร็วด้วยอัตราเร็วสูง อัตราเร็วของก๊าซที่สูงขึ้น, จะช่วยลดความดันของก๊าซ (ตามหลักของแบร์นูลลี (Bernoulli's principle) หรือ กฎทรงพลังงาน) ให้ต่ำลงโดยเกิดขึ้นในส่วนของห้องเผาไหม้ ในเครื่องยนต์ที่ออกแบบอย่างเหมาะสม, กระแสการไหลของก๊าซจะไปถึงที่ระดับอัตราเร็วมัค 1 ที่บริเวณตรงส่วนลำคอของพวยหัวฉีดท่อไอเสีย เมื่อถึงจุดที่อัตราเร็วของการไหลเพิ่มขึ้น นอกจากลำคอของพวยหัวฉีดท่อไอเสียแล้ว, ส่วนแผ่ขยายของรูปทรงระฆังของเครื่องยนต์จะช่วยให้แก๊สสามารถขยายตัวเพื่อผลักดันชิ้นส่วนเครื่องยนต์จรวดให้เคลื่อนที่ไปในทิศทางตรงกันข้ามได้ ดังนั้น, ส่วนที่เป็นรูปทรงระฆังของหัวฉีดจึงช่วยทำให้เกิดแรงผลักดันที่เพิ่มขึ้น แสดงเป็นคำพูดได้อย่างง่าย ๆ ว่า, "สำหรับทุก ๆ แรงกระทำย่อมมีแรงกระทำโต้ตอบที่มีขนาดเท่ากันและมีทิศตรงข้าม", ตามกฎข้อที่สามของนิวตัน ซึ่งส่งผลให้ก๊าซที่ปล่อยออกมาก่อให้เกิดปฏิกิริยาของแรงบนจรวดทำให้มันเร่งความเร็วให้แก่ตัวจรวด

แรงดันของจรวดเกิดจากแรงกดดันที่เกิดขึ้นกับห้องเผาไหม้และพวยหัวฉีดท่อไอเสีย

ในห้องที่ปิดตายหมดทุกด้าน, ความกดดันจะเท่ากันหมดในแต่ละทิศทางและจะไม่มีความเร่งเกิดขึ้น ถ้าช่องเปิดอยู่ด้านล่างของห้องแล้วความดันจะไม่กระทำต่อผนังห้องส่วนที่หายไปอีกต่อไป การเปิดนี้ช่วยให้ไอเสียสามารถหลบหนีเล็ดลอดออกไปได้ ความดันที่เหลืออยู่จะทำให้แรงผลักดันเกิดขึ้นในด้านตรงข้ามกับการเปิด, และความดันเหล่านี้จะเป็นสิ่งที่ผลักดันจรวดไปด้วย

รูปร่างของหัวฉีดมีความสำคัญ ขอให้พิจารณาดูลูกโป่งที่ขับเคลื่อนโดยอากาศที่พุ่งออกมาจากหัวฉีดเรียวเล็ก ในกรณีเช่นนี้การผสมผสานกันของความกดอากาศและความเสียดทานหนืด (viscous friction) เป็นเช่นเดียวกับที่หัวฉีดไม่ได้ผลักดันลูกโป่ง แต่ถูกดึงดูดเข้ามาหาเอง การใช้หัวฉีดแบบมีปลายปากท่อเรียวเข้าหากัน/บานออก จะทำให้เกิดแรงมากขึ้นเนื่องจากไอเสียยังคงกดดันหัวฉีดเอาไว้ขณะที่มันพุ่งขยายตัวออกไปสู่บรรยากาศภายนอก, โดยคร่าว ๆ ก็ประมาณสองเท่าของแรงโดยรวม ถ้าก๊าซเชื้อเพลิงจรวดถูกป้อนเข้ามาในห้องเผาไหม้อย่างต่อเนื่อง ดังนั้นความดันเหล่านี้ก็สามารถจะรักษาให้คงอยู่ได้ตราบเท่าที่เชื้อเพลิงของจรวดยังคงมีอยู่ ในกรณีของเครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงเหลว ปั๊มที่คอยขับเคลื่อนเชื้อเพลิงจรวดให้ไหลเข้าไปในห้องเผาไหม้จะต้องคอยรักษาความดันไว้ให้มีขนาดที่มากกว่าความดันภายในห้องเผาไหม้ ซึ่งโดยปกติจะอยู่ในระดับที่ 100 เท่าของความดันบรรยากาศ

ผลข้างเคียงที่เกิดขึ้น คือ, ความดันเหล่านี้บนจรวดยังออกแรงกระทำต่อไอเสียในทิศทางตรงกันข้ามและเร่งไอเสียนี้ให้มีความเร็วที่สูงมาก ๆ (ตามกฎข้อที่ 3 ของนิวตัน) จากกฎการอนุรักษ์โมเมนตัม (Conservation of momentum) ความเร็วของไอเสียของจรวดจะเป็นตัวกำหนดจำนวนของโมเมนตัมที่เพิ่มขึ้นสำหรับปริมาณของเชื้อเพลิงจรวดที่กำหนดให้ สิ่งนี้เรียกว่าการดลจำเพาะ (specific impulse) ของจรวด เนื่องจากตัวจรวด, เชื้อเพลิงจรวด และ ไอเสีย ในการบิน, โดยปราศจากการก่อกวนใด ๆ จากภายนอกนั้น, อาจถือได้ว่าเป็นระบบปิด, ทำให้โมเมนตัมโดยรวมของระบบนั้นคงที่เสมอ ดังนั้น, ยิ่งอัตราเร็วสุทธิของไอเสียในทิศทางเดียวมากขึ้นเท่าไรอัตราเร็วของจรวดก็ยิ่งมากขึ้นเท่านั้นในทิศทางตรงกันข้าม นี่เป็นความจริงโดยเฉพาะอย่างยิ่งเนื่องจากมวลของจรวดจะต่ำกว่ามวลไอเสียโดยรวมในตอนสุดท้ายทั้งหมด

แรงที่เกิดขึ้นกับจรวด

แรงที่เกิดกับจรวดในขณะที่ต้องเคลื่อนที่ผ่านอากาศนั้น รูปทรงของจรวดมักจะยาวและผอมเพรียวจะช่วยให้มีสัมประสิทธิ์วิถีการเคลื่อนที่สูงและช่วยลดการสูญเสียพลังงานเนื่องจากแรงฉุดรั้งได้

การศึกษาโดยทั่วไปของแรงที่เกิดกับจรวดหรืออวกาศยานอื่น ๆ เป็นส่วนหนึ่งของวิชาที่เกี่ยวกับการศึกษาถึงการเคลื่อนที่ของกระสุนปืนและจรวดหรือขีปนาวุธ (ballistics) และถูกเรียกว่าดาราพลศาสตร์ (astrodynamics)

ในการเคลื่อนที่ของจรวดจะได้รับผลกระทบหลักดังต่อไปนี้:

• แรงขับดัน (Thrust) จากเครื่องยนต์จรวด
• ความโน้มถ่วงจากวัตถุทางดาราศาสตร์
• แรงฉุด (Drag) ถ้าจรวดกำลังเคลื่อนที่ในชั้นบรรยากาศ
• แรงยกทางอากาศพลศาสตร์ (Lift); มักจะมีผลกระทบที่ค่อนข้างเล็กน้อยยกเว้นเครื่องบินขับเคลื่อนด้วยพลังจรวด

นอกจากนี้ แรงเฉื่อยและแรงสู่ศูนย์กลางเทียม (inertia and centrifugal pseudo-force) อาจมีความสำคัญเนื่องจากเส้นทางของจรวดรอบจุดศูนย์กลางของเทห์ฟากฟ้า (celestial body); เมื่อมีอัตราเร็วสูงเพียงพอในทิศทางที่ถูกต้องและมีระดับความสูงในการที่จะบรรลุถึงวงโคจรที่มีความเสถียรหรือบรรลุถึงความเร็วหลุดพ้นได้

แรงเหล่านี้, จะเกิดขึ้นได้ต้องประกอบด้วยความมีเสถียรภาพของแพนหาง ("ชุดแพนหาง" (the empennage)), เว้นแต่จะมีความพยายามควบคุมโดยเจตนา, โดยธรรมชาติจะทำให้จรวดวิ่งตามวิถีโค้งพาราโบลา ที่เรียกว่าการเลี้ยวตามแรงโน้มถ่วง (gravity turn) อย่างคร่าว ๆ โดยประมาณ, และวิถีนี้มักจะใช้อย่างน้อยในช่วงเริ่มต้นของการปล่อยจรวด (สิ่งนี้เป็นจริงแม้ว่าเครื่องยนต์จรวดจะถูกติดตั้งอยู่ที่ส่วนปลายหัวจรวดก็ตาม) จรวดจึงสามารถรักษามุมปะทะกับกระแสการไหลของอากาศที่ต่ำหรือเป็นศูนย์ได้, ซึ่งจะช่วยลดความเค้นในแนวตามขวางในขณะทำการปล่อยจรวด, และทำให้สามารถปล่อยจรวดที่มีกำลังน้อยกว่าและน้ำหนักเบากว่าได้

แรงฉุด

บทความหลัก: แรงฉุด (ฟิสิกส์) (Drag (physics)), แรงฉุดโน้มถ่วง (Gravity drag), และ แรงฉุดทางอากาศพลศาสตร์ (Aerodynamic drag)

แรงฉุดเป็นแรงที่อยู่ตรงข้ามกับทิศทางการเคลื่อนที่ของจรวดที่สัมพัทธ์กับอากาศใดๆ ที่มันเคลื่อนที่ผ่าน ทำให้อัตราเร็วของจรวดช้าลงและก่อให้เกิดน้ำหนักของโครงสร้าง แรงเฉื่อยของจรวด (แรงที่คอยลดความเร็วของจรวด) ที่เคลื่อนที่โดยเร็วคำนวณได้โดยใช้สมการแรงฉุด (drag equation)

แรงฉุดสามารถทำให้ลดขนาดลงให้มีค่าน้อยที่สุดได้ด้วยการใช้หัวจรวด (nose cone) ที่มีลักษณะเป็นปลายแหลมตามหลักอากาศพลศาสตร์และโดยการใช้รูปทรงที่มีค่าสัมประสิทธิ์วิถีศาสตร์ (ballistic coefficient) ที่สูง (รูปทรงจรวด "แบบดั้งเดิม"—ที่มีลักษณะยาวและเพรียวบาง), และสามารถรักษามุมปะทะ (angle of attack) ของจรวดให้มีค่าต่ำที่สุดเท่าที่จะสามารถทำได้

ในระหว่างการปล่อยจรวด เมื่ออัตราเร็วของจรวดมีค่าเพิ่มขึ้นและชั้นบรรยากาศรอบๆ ตัวจรวดมีค่าเบาบางลง จะมีอยู่จุดหนึ่งซึ่งแรงฉุดตามหลักอากาศพลศาสตร์จะมีค่าสูงสุดที่เรียกว่า max Q สิ่งนี้จะเป็นตัวกำหนดความแข็งแรงตามหลักอากาศพลศาสตร์ขั้นต่ำ (minimum aerodynamic strength) ของตัวอากาศยานนั้นๆ เนื่องจากจรวดจะต้องหลีกเลี่ยงการโก่งเดาะ (buckling) ภายใต้แรงเหล่านี้

แรงผลักดันสุทธิ

สำหรับแบบจำลองที่มีรายละเอียดมากขึ้นของแรงขับดันสุทธิของเครื่องยนต์จรวดซึ่งรวมถึงผลกระทบของความดันบรรยากาศ ดูที่ เครื่องยนต์จรวด § แรงขับดันสุทธิ

รูปทรงของเจ็ตไอเสียของจรวดแตกต่างกันไปตามความกดอากาศภายนอก จากบนลงล่าง:

• ความกดอากาศที่มีค่าน้อยกว่าการขยายตัวของเจ็ตไอเสีย (Underexpanded)
• การขยายตัวของเจ็ตไอเสียในอุดมคติ (Ideally expanded)
• ความกดอากาศที่มีค่ามากกว่าการขยายตัวของเจ็ตไอเสีย (Overexpanded)
• ความกดอากาศที่มีค่ามากกว่าการขยายตัวของเจ็ตไอเสียอย่างมากมาย (Grossly overexpanded)

เครื่องยนต์จรวดโดยทั่วไปสามารถจัดการกับอัตราส่วนนัยสำคัญ (significant fraction) ของมวลของมันในตัวเชื้อเพลิงจรวดในแต่ละวินาที โดยที่มวลเชื้อเพลิงจะพุ่งหนีออกจากหัวฉีดด้วยความเร็วหลายกิโลเมตรต่อวินาที สิ่งนี้เรียกว่าอัตราส่วนแรงขับดันต่อน้ำหนัก ( thrust-to-weight ratio) ของเครื่องยนต์จรวด และบ่อยครั้งที่จรวดทั้งลำจะมีความสามารถสูงมากได้ ในกรณีที่มีความสุดขั้วเกิน 100 ซึ่งเมื่อเปรียบเทียบกับเครื่องยนต์ขับเคลื่อนด้วยไอพ่นอื่น ๆ ที่มีความสามารถเกินกว่าระดับ 5 สำหรับเครื่องยนต์ที่ดีกว่า บางตัว

สามารถแสดงให้เห็นได้ว่าแรงผลักสุทธิของจรวดคือ:

$F_{n}={\dot {m}}\;v_{e}$

เมื่อ:

${\dot {m}}=\,$การไหลของเชื้อเพลิงจรวด (กิโลกรัม/วินาที หรือ ปอนด์/วินาที)

$v_{e}=\,$ประสิทธิภาพความเร็วไอเสีย (เมตร/วินาที หรือ ฟุต/วินาที)

ประสิทธิภาพความเร็วไอเสีย $v_{e}$ คือ อัตราเร็วของไอเสียที่ไหลออกจากตัวอากาศยานหรือจรวดได้มากหรือน้อย และในสุญญากาศของอวกาศ ประสิทธิภาพความเร็วไอเสียมักจะเท่ากับอัตราเร็วไอเสียเฉลี่ยตามความเป็นจริง ตามแนวแกนแรงขับดัน อย่างไรก็ตาม ประสิทธิภาพความเร็วไอเสียทำให้เกิดความสูญเสียต่างๆ และที่น่าสังเกตคือ ประสิทธิภาพจะลดลงเมื่อเครื่องยนต์จรวดทำงานภายในชั้นบรรยากาศ อัตราการไหลของเชื้อเพลิงจรวดผ่านเครื่องยนต์จรวดนั้นมักจะแปรผันโดยเจตนาในการบิน เพื่อเป็นแนวทางในการควบคุมแรงขับดันและความเร็วลมของจรวด ตัวอย่างเช่น ช่วยลดการสูญเสียตามหลักอากาศพลศาสตร์ให้น้อยที่สุด และสามารถจำกัดการเพิ่มขึ้นของแรง-จี (g-forces) อันเนื่องมาจากการลดลงของน้ำหนักบรรทุกของเชื้อเพลิงจรวด

การดลรวม (Total impulse)

บทความหลัก: Impulse (physics)

การดลถูกกำหนดให้เป็นแรงที่กระทำต่อวัตถุในช่วงเวลาหนึ่ง, ซึ่งหากไม่มีแรงต้าน (แรงโน้มถ่วงและแรงฉุดทางอากาศพลศาสตร์) มันก็จะเกิดการเปลี่ยนแปลงโมเมนตัม (มวลรวมและความเร็ว) ของวัตถุ ด้วยเหตุนี้ จึงเป็นตัวบ่งชี้ระดับสมรรถนะที่ดีที่สุด (มวลบรรทุกและสมรรถภาพความเร็วปลายทาง) ของจรวด แทนที่จะเป็นแรงขับดันทะยานขึ้น, มวล หรือ "กำลัง" ของจรวด

การดลรวมของเชื้อเพลิง (ของแต่ละท่อน) ที่เผาไหม้ของจรวดคือ:

$I=\int Fdt$

เมื่อมีแรงขับดันคงที่ จะเขียนได้ดังนี้:

$I=Ft\;$

การดลรวมของจรวดแบบหลายท่อนคือผลรวมของการดลของจรวดแต่ละท่อน

การดลจำเพาะ

บทความหลัก: การดลจำเพาะ

ดังที่เห็นได้จากสมการแรงขับดัน ประสิทธิภาพความเร็วไอเสียจะควบคุมปริมาณของแรงขับดันที่เกิดจากปริมาณเชื้อเพลิงที่ถูกเผาไหม้ต่อวินาที

การวัดที่เทียบเท่ากันคือ แรงดลสุทธิต่อหน่วยน้ำหนักของเชื้อเพลิงจรวดที่ถูกขับออกมา เรียกว่าแรงดลจำเพาะ, $I_{sp}$ และนี่เป็นหนึ่งในตัวเลขที่สำคัญที่สุดที่อธิบายสมรรถนะของจรวด มันถูกกำหนดให้สัมพันธ์กับประสิทธิภาพความเร็วไอเสียโดย:

$v_{e}=I_{sp}\cdot g_{0}$

เมื่อ:

$I_{sp}$ มีหน่วยเป็นวินาที

$g_{0}$ คือความเร่งที่พื้นผิวโลก

ดูทั้งหมด

Lists

• Timeline of spaceflight
• Timeline of rocket and missile technology
• Chronology of Pakistan's rocket tests
• List of rockets

General rocketry

• Aircraft
• Ammonium Perchlorate Composite Propellant—Most common solid rocket fuel
• Astrodynamics the study of spaceflight trajectories
• Bipropellant rocket—two-part liquid or gaseous fuelled rocket
• Tripropellant rocket—variable propellant mixes can improve performance
• Hot Water rocket—powered by boiling water
• Hybrid rocket—solid rocket burnt by second fluid propellant
• Gantry
• Pendulum rocket fallacy—an instability of rockets
• Pulsed Rocket Motors—solid rocket that burns in segments
• Rocket fuel
• Rocket launch
• Rocket launch site
• Rocket propellant
• Rocket engine
• Rocket engine nozzles—De Laval nozzles
• Rocket garden a place for viewing unlaunched rockets
• Solid rocket
• Sounding rocket
• Spacecraft
• Spacecraft propulsion—describes many different propulsion systems for spacecraft
• Spaceflight
• Space Shuttle program
• Tsiolkovsky rocket equation—equation describing rocket performance
• Variable-mass system—the form of Newton's second law used for describing rocket motion

Recreational rocketry

• Model rocket—small hobby rocket
• High-powered rocket
• Water rocket—toy rocket launched for recreational purposes using water as propellant
• Balloon rocket
• Tripoli Rocketry Association
• National Association of Rocketry

Recreational pyrotechnic rocketry

• Bottle rocket—small firework type rocket often launched from bottles
• Skyrocket—fireworks that typically explode at apogee

Weaponry

• Rocket-propelled grenade—military use of rockets
• Air-to-ground rockets
• Fire Arrow—one of the earliest types of rocket
• Shin Ki Chon—Korean variation of the Chinese fire arrow
• Katyusha rocket launcher—rack mounted rocket
• VA-111 Shkval—Russian rocket-propelled supercavitation torpedo

Rockets for Research

• Disappearing rocket—rocket that disintegrate if fired from the ground for safety reasons
• Rocket plane—winged aircraft powered by rockets
• Rocket sled—used for high speeds along ground
• Sounding rocket—suborbital rocket used for atmospheric and other research

Misc

• Rocket mail—an ill-fated attempt to commercialize rocketry
• Rocket Festival—Tradition bamboo rockets of Laos and Northeastern Thailand
• Equivalence principle—Einstein was able to show that the effects of gravity were completely equivalent to a rocket's acceleration in any small region of space

หมายเหตุ

Footnotes

Citations

อ้างอิง

• Allen, H. Julian; Eggers, A. J. (1958), A Study of the Motion and Aerodynamic Heating of Ballistic Missiles Entering the Earth's Atmosphere at High Supersonic Speeds (PDF), NACA, OCLC 86134556, คลังข้อมูลเก่าเก็บจากแหล่งเดิม (PDF)เมื่อ 2015-10-13, สืบค้นเมื่อ 2011-05-24
• Baker, A. D. (2000), Combat Fleets of the World 2000-2001, Annapolis: US Naval Institute Press, ISBN 9781557501974
• Béon, Yves (1997), Planet Dora: A Memoir of the Holocaust and the Birth of the Space Age, translated from the French La planète Dora by Béon & Richard L. Fague, Westview Press, Div. of Harper Collins, ISBN 0-8133-3272-9
• Buchanan, Brenda (2006), Gunpowder, Explosives and the State, Aldershot: Ashgate, ISBN 9780754652595
• Callaway, David W. (March 2004), "Coplanar Air Launch with Gravity-Turn Launch Trajectories" (PDF), Masters Thesis, คลังข้อมูลเก่าเก็บจากแหล่งเดิม (PDF)เมื่อ 2007-11-28, สืบค้นเมื่อ 2011-05-24
• Chase, Kenneth (2003), Firearms : A global history to 1700, Cambridge: Cambridge University Press, ISBN 9780521822749
• Clary, David (2003), Rocket Man, New York: Theia, ISBN 9780786868179
• Crosby, Alfred W. (2002), Throwing Fire: Projectile Technology Through History, Cambridge: Cambridge University Press, ISBN 0521791588
• Esnault-Pelterie, Robert (1913), "Considerations sur les resultats d'un allegement indefini des moteurs", Journal de physique theorique et appliquee (ภาษาฝรั่งเศส), Paris, OCLC 43942743
• GAO (1972), Cost Benefit Analysis Used in Support of the Space Shuttle Program (PDF), Washington, DC: General Accounting Office, US Government
• Glasstone, Samuel (1965), Sourcebook on the Space Sciences, D. Van Nostrand Company, OCLC 232378
• Goddard, Robert (1919), A Method of Reaching Extreme Altitudes (PDF), OCLC 3430998
• Goddard, Robert (2002), Rockets, New York: Dover Publications, ISBN 9780486425375
• Hansen, James R. (1987), "Engineer in Charge: A History of the Langley Aeronautical Laboratory, 1917-1958.", The NASA History Series, sp-4305, NASA, OCLC 246830126
• Harford, James (1997), Korolev: How One Man Masterminded the Soviet Drive to Beat America to the Moon, John Wiley & Sons, ISBN 0-471-14853-9
• Hassan, Ahmad Y, "Gunpowder Composition for Rockets and Cannon in Arabic Military Treatises In Thirteenth and Fourteenth Centuries", History of Science and Technology in Islam, สืบค้นเมื่อ 2008-03-29
• Hassan, Ahmad Y, "Transfer Of Islamic Technology To The West, Part III: Technology Transfer in the Chemical Industries", History of Science and Technology in Islam, สืบค้นเมื่อ 2008-03-29
• Houchin, Roy (2006), U.S. Hypersonic Research and Development: The Rise and Fall of Dyna-Soar, 1944–1963, New York: Routledge, ISBN 0-415-36281-4
• Hunt, Linda (1991), Secret Agenda: The United States Government, Nazi Scientists, and Project Paperclip, 1945 to 1990, New York: St.Martin's Press, ISBN 0-3120-5510-2
• Huzel, D. K.; Huang, D. H. (1971), NASA SP-125, Design of Liquid Propellant Rocket Engines (2nd ed.), NASA
• Johnson (June 1995), "Contents and commentary on William Moore's a treatise on the motion of rockets and an essay on naval gunnery", International Journal of Impact Engineering, 16 (3), OCLC 105570427
• Marconi, Elaine M. (April 12, 2004), "What is a Sounding Rocket?", Research Aircraft, NASA, สืบค้นเมื่อ October 10, 2006
• NASA (2006), "Rocket staging", Beginner's Guide to Rockets, NASA, คลังข้อมูลเก่าเก็บจากแหล่งเดิมเมื่อ 2013-12-06, สืบค้นเมื่อ 2009-06-28
• Needham, Joseph (1986), Science and Civilisation in China, Cambridge: Cambridge University Press, ISBN 9780521303583
• Nowak, Tadeusz (1969), Kazimierz Siemienowicz ok.1600-ok.1951 (ภาษาโปแลนด์), Warsaw: MON Press, OCLC 254130686
• Polmar, Norman (2004), Cold War Submarines, Washington: Brassey's, ISBN 9781574885941
• Potter, R.C; Crocker, M.J (1966), Acoustic Prediction Methods for Rocket Engines, Including the Effects of Clustered Engines and Deflected Exhaust Flow, CR-566 (PDF), Washington, D.C.: NASA, OCLC 37049198
• Space History Division (1999), Hale 24-Pounder Rocket, Smithsonian National Air and Space Museum, คลังข้อมูลเก่าเก็บจากแหล่งเดิมเมื่อ 2007-08-18, สืบค้นเมื่อ 2011-05-24
• Stephen, Leslie (1887), Dictionary of National Biography, vol. XII, New York: Macmillan
• Sutton, George (2001), Rocket Propulsion Elements (7th ed.), Chichester: John Wiley & Sons, ISBN 9780471326427
• Van Riper, A Bowdoin (2004), Rockets and Missiles, Westport: Greenwood Press, ISBN 9780313327957
• von Braun, Wernher; Ordway, Frederick Ira (1966), History of rocketry & space travel, New York: Crowell, OCLC 566653
• von Braun, Wernher (1963), Emme, Eugene Morlock (บ.ก.), "The History of Rocket Technology: The Redstone, Jupiter and Juno", Technology and Culture, IV (4): 452–465, OCLC 39186548
• Zaloga, Steven (2003), V-2 ballistic missile 1942-52, New Vanguard, vol. 82, Oxford Oxfordshire: Oxford University Press, ISBN 9781841765419

• MSFC History Office, "Rockets in Ancient Times (100 B.C. to 17th Century)", A Timeline of Rocket History, NASA, คลังข้อมูลเก่าเก็บจากแหล่งเดิมเมื่อ 2009-07-09, สืบค้นเมื่อ 2009-06-28

ดูเพิ่ม

• บิดาแห่งวิทยาการจรวดยุคใหม่
  • โรเบิร์ต ก็อดเดิร์ด
  • คอนสแตนติน ไซคอฟสกี
  • แฮร์มัน โอแบร์ธ

แหล่งข้อมูลอื่น

หน่วยงาน

• about the rocket in israel
• FAA Office of Commercial Space Transportation
• National Aeronautics and Space Administration (NASA)
• National Association of Rocketry (USA)
• Tripoli Rocketry Association
• Asoc. Coheteria Experimental y Modelista de Argentina เก็บถาวร 2020-10-27 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน
• United Kingdom Rocketry Association
• IMR - German/Austrian/Swiss Rocketry Association
• Canadian Association of Rocketry
• Indian Space Research Organisationเก็บถาวร 2012-02-05 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน

เว็บไซต์ข้อมูล

• Encyclopedia Astronautica - Rocket and Missile Alphabetical Index
• Rocket and Space Technology
• Gunter's Space Page - Complete Rocket and Missile Lists
• Rocketdyne Technical Articles
• Relativity Calculator - Learn Tsiolkovsky's rocket equations เก็บถาวร 2012-12-09 ที่ archive.today