La poudre à canon (que nous appelons aujourd’hui « poudre noire ») a été inventée pour la première fois en Chine vers le IXe siècle et elle a rapidement été mise à profit dans les pétards et autres feux d’artifice. La première fusée terrestre dont nous ayons connaissance a été construite en 1264 ; elle alimentait un « rat de terre » qui terrifiait la mère de l’empereur lors d’une fête organisée en son honneur. La date de fabrication des premières fusées volantes n’est pas claire, mais elles étaient certainement un équipement standard pour l’armée chinoise au milieu du 14e siècle.
Une fusée à combustible solide a son combustible et son oxydant mélangés sous forme de poudres fines, puis pressés en un « gâteau » solide. Une fois allumée, elle continuera à brûler jusqu’à ce qu’elle soit épuisée. Dans une fusée à poudre noire, le combustible est le carbone et l’oxydant, le nitrate de potassium. Le soufre sert de combustible secondaire et catalyse également la réaction. Dans les boosters à combustible solide Ariane 5, le combustible est de la poudre d’aluminium, l’oxydant, du perchlorate d’ammonium et le polybutadiène agit comme un liant pour maintenir le mélange.
Jusqu’au début du 20e siècle, les moteurs de fusée n’étaient jamais efficaces à plus de quelques pour cent. Le problème est qu’une fusée simple utilise uniquement la différence de pression entre la chambre de combustion et la pression ambiante à l’extérieur pour faire avancer la fusée :
Le résultat est que d’énormes quantités de gaz d’échappement à haute pression et haute température sont rejetées, mais qu’elles transportent avec elles des quantités massives d’énergie sous forme de pression de gaz et de chaleur. Tout cela est gaspillé.
Animation d’un moteur simple sans buse: