Méthodes de propulsion spatiale/Propulsion au combustible solide

Un avantage de l'emploi d'un combustible solide est qu'il est plus facile et plus sûr à manipuler que les combustibles liquides. Un inconvénient est qu'une fois que le combustible est mis à feu, la combustion ne peut pas être arrêtée ou régulée.
Le combustible solide inclut le comburant.
Situation du combustible et mise en forme.
Pour qu'il brûle bien, le combustible est installé d'une certaine manière dans la fusée. Par exemple, sur Ariane 5, il est installé en "étoile" en haut puis en cercle, sur les bords, afin que la combustion puisse avoir lieu de façon optimale.
Combustibles.
Différents combustibles sont utilisés :

Méthodes de propulsion spatiale/Propulsion au combustible liquide

Les fusées utilisant un combustible liquide utilisent aussi un comburant liquide. L'avantage des fusées au combustible liquide est qu'elles peuvent être arrêtées à tout moment et leur vitesse régulée (en limitant simplement l'apport en oxygène dans le moteur).
Les fusées à eau.
Les fusées à eau sont des exemples un peu particuliers. Elles fonctionnent avec de l'eau, mais qui n'est pas leur combustible, puisqu'il ne brûle pas: il n'y a pas de combustion, il y a uniquement de la poussée. Cette poussée est fournie en mettant un mélange d'eau et d'air sous pression, recréant la situation d'une chambre de combustion.

Méthodes de propulsion spatiale/Propulsion hybride

La propulsion dite hybride utilise des propergols solides et liquides, afin de combiner les avantages des deux types en diminuant les inconvénients. Les premiers essais ont été menés par l'armée américaine en 1958.
Le combustible solide est généralement identique à celui des fusées classiques, sans oxydant. Le comburant est liquide. 
L'intérêt de la propulsion hybride réside en sa simplicité, mais aussi dans le fait que la poussée puisse être régulée en variant l'alimentation en comburant liquide.
Aujourd'hui, le projet Perseus du CNES inclut le développement d'un lanceur utilisant la propulsion hybride capable de placer en orbite un satellite d'une dizaine de kilogrammes. "SpaceShipOne" est le premier avion spatial à utiliser la propulsion hybride.

Méthodes de propulsion spatiale/Propulsion nucléaire

L'intérêt d'utiliser des propulseurs nucléaires est d'utiliser peu de carburant (l'uranium). Avec une réaction atomique, on produit de la chaleur qui permet de chauffer de l'hydrogène qui va sortir à une vitesse très élevée. 
Hélas, un des problèmes est l'approvisionnement en hydrogène. De plus, même si ce problème était résolu, de nombreuses polémiques existent quant à la sécurité d'employer l'énergie nucléaire dans l'espace.
On peut utiliser les moteurs nucléaires de manière auxiliaire afin de produire de l'énergie électrique pour alimenter un moteur ionique.
Les fusées thermiques nucléaires bimodales produisent des réactions de fission nucléaire similaires à celles utilisées en toute sécurité dans les centrales nucléaires, y compris les sous-marins.
L'énergie est utilisée pour chauffer le propulseur d'hydrogène liquide.
Les partisans des engins spatiaux à propulsion nucléaire soulignent qu'au moment du lancement, il n'y a presque pas de rayonnement émis par les réacteurs nucléaires.
Les fusées à propulsion nucléaire ne sont pas utilisées pour décoller de la Terre.
Les fusées thermiques nucléaires peuvent offrir de grands avantages en termes de performances par rapport aux systèmes de propulsion chimique.
Des sources d'énergie nucléaire pourraient également être utilisées pour fournir à l'engin spatial de l'énergie électrique pour les opérations et l'instrumentation scientifique.
Fonctionnement d'un moteur nucléaire.
Les moteurs nucléaires fonctionnent de la même manière que les centrales nucléaires :
Puis :

Méthodes de propulsion spatiale/Propulsion ionique

DANS UN MOTEUR À IONS, le « carburant » n’est pas brûlé mais ionisé, plus précisément il prend la forme d'un gaz ionisé qu'on appelle un "plasma" : on enlève un électron à chaque atome. Ces atomes alors "amputés" d'un électron sont appelés des ions ; ils sont ensuite soumis à un champ électromagnétique produit par deux grilles chargées électriquement, l'une positive et l'autre négative, ce qui les fait accélérer. Enfin ils sont expulsés, faisant ainsi avancer la sonde.
Vu la très faible poussée fournie par le flux ainsi éjecté (malgré sa très grande vitesse), afin d'éviter toute dispersion anarchique qui se traduirait alors par une "pollution électronique" du véhicule ou un retour du flux ionisé (de charge positive) attiré par la grille négative dans le moteur, des électrons sont injectés au flux en sortie de tuyère à l'aide d'un canon à électrons. Cela rétablit la stabilité électronique du plasma initial et facilite sa dispersion.
Le xénon est utilisé comme carburant. 
L'énergie électrique nécessaire à l'ionisation du carburant est obtenue avec des panneaux solaires mais on pourrait aussi l'obtenir avec des réacteurs nucléaires.
Le grand avantage des moteurs ioniques est qu'à la différence d'un moteur thermodynamique, on n'embarque que le « carburant » (le xénon) au lieu d'embarquer du carburant et du comburant. De plus, une petite quantité suffit à produire une poussée suffisante.
En effet, les moteurs de fusée thermodynamiques fournissent en peu de temps une poussée importante mais en utilisant de grandes quantités de carburant et de comburant. Les réserves de carburant et de comburant elles-mêmes doivent être propulsées tout autant que le véhicule spatial. Les moteurs de fusée doivent pouvoir supporter des contraintes énormes (pression, température) ; résoudre ces contraintes alourdit le moteur... En conséquence, le véhicule spatial doit emporter avec lui encore plus de réserves.
Les moteurs à ions, qui produisent une force de propulsion faible sur une longue durée, sont particulièrement économes. Ils produisent, par kilogramme de carburant, une énergie de propulsion supérieure à celle des moteurs de fusée conventionnels. Ils permettent donc, après un temps certes non négligeable, d'atteindre la même vitesse, et ce avec une consommation de carburant bien moindre. Le véhicule spatial peut alors emporter moins de carburant. Les moteurs à ions étant également beaucoup plus légers, ils permettent une nouvelle économie de carburant.
À cause de la faible poussée produite par les moteurs à ions, les fusées n'utilisent pas cette méthode qui est plutôt réservée aux sondes ou aux satellites.
Description technique.
Un propulseur ionique se compose essentiellement de trois éléments :
Les principaux propulsifs utilisables sont le césium, le sodium, le lithium, le platine, ou le xénon.
Émettant une couleur bleutée caractéristique, ce dernier est le plus souvent employé du fait de sa neutralité chimique, alors que le sodium, par exemple, érode le moteur.

MPS
Méthodes de propulsion spatiale/Historique