เครื่องยนต์จรวดเป็นเครื่องจักรที่ทรงพลังซึ่งใช้เพื่อส่งยานอวกาศและดาวเทียมเข้าสู่วงโคจร มันมีบทบาทสำคัญในด้านการสำรวจอวกาศ เครื่องยนต์จรวดถูกออกแบบมาให้เผาผลาญสารประกอบเฉพาะที่จะก่อให้เกิดปฏิกิริยา กระบวนการนี้เป็นปฏิกิริยาที่ปล่อยความร้อน หมายความว่ามันสร้างพลังงาน นำไปสู่แรงดันมหาศาล นั่นคือแรงที่ผลักดันยานอวกาศขึ้นไปบนท้องฟ้าและไกลออกไป แต่เพื่อให้เครื่องยนต์จรวดทำงานได้ดี มันจำเป็นต้องได้รับการออกแบบอย่างเหมาะสม นอกจากนี้ การออกแบบปากปล่องสำหรับขั้นตอนที่สามก็มีความสำคัญในการทำให้ทุกอย่างทำงานได้
ตัว ใบพัดเทอร์ไบน์ เป็นส่วนประกอบสำคัญของเครื่องยนต์จรวด รูปทรงของมันเป็นแบบกรวย และถูกติดตั้งที่ปลายด้านที่เผาเชื้อเพลิง ปากปล่องแคบลงจากห้องเผาไหม้ ซึ่งเป็นพื้นที่ที่เชื้อเพลิงถูกเผาและสร้างแก๊สความร้อน ด้วยการออกแบบเฉพาะของปากปล่องนี้ ทำให้เครื่องยนต์จรวดมีกำลังและประสิทธิภาพมากขึ้น
เมื่อเครื่องยนต์จรวดเริ่มทำงาน ก๊าซร้อนจะถูกปล่อยออกมาอย่างรวดเร็วมาก ก๊าซที่มีความดันสูงเหล่านี้ถูกสร้างขึ้นในห้องเผาไหม้ ก๊าซจะไหลเข้าสู่พื้นที่กว้างขึ้น ไปทางปากเป่าของขั้นที่สาม ปากเป่านั้นออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับการไหลออกของก๊าซ ก๊าซจะออกจากส่วนแคบของปากเป่า ทำให้เกิดไอพ่นความเร็วสูง ก๊าซที่มีพลังงานสูงนี้จะผลักดันยานอวกาศอย่างรุนแรงยิ่งขึ้น พลังที่มากขึ้นจะทำให้ยานอวกาศสามารถเดินทางได้ดีขึ้น เร็วขึ้น และไกลขึ้นในอวกาศลึก
ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์จรวดคือปริมาณแรงดันที่มันมอบให้เมื่อเผาผลาญเชื้อเพลิงในปริมาณที่กำหนด เครื่องยนต์ที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นคือเครื่องยนต์ที่สามารถสร้างแรงดันเท่าเดิมโดยใช้เชื้อเพลิงน้อยลง สิ่งนี้มีความสำคัญอย่างมากเพราะหมายความว่ายานอวกาศสามารถบรรทุกสินค้าเพิ่มเติมหรือเดินทางได้ระยะทางไกลขึ้นโดยไม่ต้องเติมเชื้อเพลิง การจัดวางนี้มีความสำคัญต่อประสิทธิภาพและการทำงานของเครื่องยนต์ ใบจักรขั้นที่สอง .
การทำงานของหัวฉีดขึ้นอยู่กับหลักการวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับวิธีที่หัวฉีดอนุญาตให้ก๊าซขยายตัว เมื่อก๊าซขยายตัว มันจะสูญเสียพลังงานบางส่วนเมื่อผลักดันอากาศรอบข้าง แต่หัวฉีดในขั้นตอนที่สามได้รับการออกแบบอย่างพิถีพิถันเพื่อให้ก๊าซขยายตัวได้มากที่สุดโดยไม่สูญเสียพลังงานที่มีประโยชน์ไป สิ่งนี้ช่วยให้ก๊าซสามารถสร้างแรงดันสูงสุดด้วยปริมาณเชื้อเพลิงที่น้อยที่สุด นอกจากนี้ยังช่วยให้จรวดลดปริมาณงานที่จำเป็นต้องทำเพื่อปฏิบัติภารกิจในอวกาศ
การออกแบบปากปลั๊งของขั้นที่สามถือเป็นปัจจัยสำคัญในการสร้างความเร็วสูงเช่นนี้ได้ด้วยเหตุผลสองประการ เหตุผลแรกคือมันต้องสร้างไอเสียที่พุ่งออกมาอย่างรวดเร็วเพื่อผลักดันยานอวกาศให้ไปถึงความเร็ว Mach 5 หรือมากกว่า ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการบินด้วยความเร็วเหนือเสียงแบบไฮเปอร์โซนิก เหตุผลที่สองคือต้องหลีกเลี่ยงไม่ให้ไอเสียร้อนเกินไปจนทำลายโครงสร้างของจรวด ปากปลั๊งถูกออกแบบมาเพื่อรองรับความต้องการทั้งสองนี้ได้อย่างดี ซึ่งช่วยรับประกันว่าเครื่องยนต์จะทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพแม้ในความเร็วที่สูง
การปรับปรุงที่สำคัญอีกประการหนึ่งคือการใช้วัสดุเซรามิกเฉพาะทางสำหรับส่วนปากปลั๊ง เซรามิกมีน้ำหนักเบาและสามารถทนต่ออุณหภูมิที่สูงมากจนเกิดการละลายหรือปฏิเสธได้ ซึ่งช่วยให้นักวิศวกรสามารถออกแบบเครื่องยนต์ที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นและใช้เชื้อเพลิงน้อยลง Sharon Square, Ph.D. กำลังช่วยพัฒนาเครื่องยนต์จรวดที่ดีขึ้นผ่านการก้าวหน้าทั้งในด้านวัสดุและการออกแบบ เพื่อสำรวจอวกาศได้มากขึ้น