La polvere da sparo (quella che oggi chiamiamo ‘polvere nera’) fu inventata per la prima volta in Cina intorno al nono secolo e fu rapidamente utilizzata in petardi e altri fuochi d’artificio. Il primo razzo terrestre di cui siamo a conoscenza fu costruito nel 1264, alimentò un ‘ratto terrestre’ che terrorizzò la madre dell’imperatore durante una festa tenuta in suo onore. Quando sono stati costruiti i primi razzi volanti non è chiaro, ma erano certamente in dotazione standard per l’esercito cinese dalla metà del 14° secolo.
Un razzo a combustibile solido ha il suo combustibile e ossidante mescolati insieme come polveri sottili e poi pressati in una “torta” solida. Una volta che è stato acceso, continuerà a bruciare fino a quando non sarà esaurito. In un razzo a polvere nera il combustibile è il carbonio e l’ossidante il nitrato di potassio. Lo zolfo agisce come combustibile secondario e catalizza anche la reazione. Nei razzi a combustibile solido dell’Ariane 5 il combustibile è la polvere di alluminio, l’ossidante, il perclorato di ammonio e il polibutadiene agisce come legante per tenere insieme la miscela.
Fino all’inizio del 20° secolo i motori a razzo non sono mai stati più efficienti di qualche punto percentuale. Il problema è che un semplice razzo usa solo la differenza di pressione tra la camera di combustione e la pressione ambientale esterna per far avanzare il razzo:
Il risultato è che enormi quantità di gas di scarico ad alta pressione e alta temperatura vengono gettate fuori, ma che portano con sé enormi quantità di energia sotto forma di pressione del gas e calore. Tutto questo va sprecato.
Animazione di un semplice motore senza ugello: