จรวดเชื้อเพลิงเหลวหรือจรวดเหลวใช้เครื่องยนต์จรวดในการเผาไหม้เชื้อเพลิงเหลว (วิธีการอื่น ๆ ใช้เชื้อเพลิงก๊าซหรือของแข็ง ) เชื้อเพลิงเหลวเป็นเชื้อเพลิงที่เหมาะสมเพราะมีความหนาแน่นค่อนข้างสูง และผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้มีแรงขับจำเพาะสูง ( Isp )ทำให้ปริมาตรของถังเชื้อเพลิงค่อนข้างต่ำ _ได้

จรวดเชื้อเพลิงเหลวอาจเป็นจรวดเชื้อเพลิงเดี่ยว (monopropellant)ที่ใช้เชื้อเพลิงเพียงชนิดเดียว หรือจรวดเชื้อเพลิงคู่ (bipropellant)ที่ใช้เชื้อเพลิงสองชนิด ส่วนจรวดเชื้อเพลิงสามชนิด (tripropellant)นั้นหายาก นอกจากนี้ยังมีการใช้เชื้อเพลิงเหลวที่มีส่วนผสมของสารออกซิไดเซอร์ในจรวดไฮบริดซึ่งมีข้อดีบางอย่างคล้ายกับจรวดเชื้อเพลิงแข็ง จรวดเชื้อเพลิงเหลวแบบเชื้อเพลิงคู่ใช้เชื้อเพลิง เหลว เช่นไฮโดรเจนเหลวหรือRP-1และสารออกซิไดเซอร์ เหลว เช่นออกซิเจนเหลวเครื่องยนต์อาจเป็นเครื่องยนต์จรวดไครโอเจนิก (cryogenic rocket engine ) ซึ่งเชื้อเพลิงและสารออกซิไดเซอร์ เช่น ไฮโดรเจนและออกซิเจน เป็นก๊าซที่ถูกทำให้เป็นของเหลวที่อุณหภูมิต่ำมาก

เครื่องยนต์จรวดเหลวส่วนใหญ่สามารถปรับแรงขับได้เพื่อการทำงานที่แปรผันตามแรงขับ บางแบบอนุญาตให้ควบคุมอัตราส่วนการผสมเชื้อเพลิง (อัตราส่วนที่สารออกซิไดเซอร์และเชื้อเพลิงผสมกัน) บางแบบสามารถปิดระบบและเริ่มต้นใหม่ได้ด้วยระบบจุดระเบิดที่เหมาะสมหรือเชื้อเพลิงที่จุดระเบิดเองได้

จรวดไฮบริดใช้สารออกซิไดเซอร์ที่เป็นของเหลวหรือก๊าซกับเชื้อเพลิงแข็ง^{[ 1 ] : 354–356}

การใช้เชื้อเพลิงเหลวมีข้อดีหลายประการ:

• เครื่องยนต์จรวดเหลวสามารถทดสอบก่อนใช้งานได้ ในขณะที่เครื่องยนต์จรวดแข็งต้องใช้การจัดการคุณภาพ อย่างเข้มงวดในระหว่างการผลิตเพื่อให้มั่นใจถึงความน่าเชื่อถือสูง ^{[ 2 ]}
• ระบบเชื้อเพลิงเหลวช่วยให้มีแรงขับจำเพาะ สูงกว่า เครื่องยนต์จรวดแบบของแข็งและแบบไฮบริด และสามารถให้ประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิงในถังสูงมาก
• โดยทั่วไปแล้ว เครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงเหลวสามารถนำกลับมาใช้ซ้ำได้หลายเที่ยวบิน เช่นเดียวกับยานอวกาศสเปซชัตเติลและ จรวดตระกูล ฟอลคอน 9แม้ว่าการนำเครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงแข็งกลับมาใช้ซ้ำก็ได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีประสิทธิภาพในระหว่างโครงการสเปซชัตเติลเช่นกัน
• สามารถควบคุมการไหลของเชื้อเพลิงเข้าสู่ห้องเผาไหม้ได้ ซึ่งช่วยให้สามารถควบคุมขนาดของแรงขับตลอดการบินได้ ส่งผลให้สามารถแก้ไขข้อผิดพลาดแบบเรียลไทม์ระหว่างการบิน พร้อมทั้งเพิ่มประสิทธิภาพได้อีกด้วย^{[ 3 ]}
• ความสามารถในการปิดระบบและเริ่มต้นใหม่ช่วยให้สามารถทำการเผาไหม้หลายรอบได้ตลอดการบิน^{[ 4 ]}
• ในกรณีฉุกเฉิน จรวดที่ขับเคลื่อนด้วยของเหลวสามารถปิดการทำงานได้อย่างเป็นระบบ ซึ่งให้ความปลอดภัยและความสามารถในการยกเลิกภารกิจเพิ่มเติม^{[ 4 ]}

การใช้เชื้อเพลิงเหลวอาจเกี่ยวข้องกับปัญหาหลายประการ:

• เนื่องจากเชื้อเพลิงเป็นส่วนประกอบที่มีสัดส่วนมากเมื่อเทียบกับมวลทั้งหมดของยานพาหนะจุดศูนย์กลางมวลจึงเคลื่อนไปด้านหลังอย่างมากเมื่อเชื้อเพลิงถูกใช้ไป โดยทั่วไปแล้วผู้ขับขี่จะสูญเสียการควบคุมยานพาหนะหากจุดศูนย์กลางมวลเข้าใกล้จุดศูนย์กลางแรงต้าน/แรงดันมากเกินไป
• เมื่อใช้งานในบรรยากาศปกติ การอัดแรงดันในถังเชื้อเพลิงที่มีผนังบางมากจะต้องรับประกันว่าแรงดันเกจ เป็นบวก ตลอดเวลา เพื่อหลีกเลี่ยงการยุบตัวอย่างรุนแรงของถัง
• เชื้อเพลิงเหลวมีแนวโน้มที่จะกระฉอกซึ่งมักนำไปสู่การสูญเสียการควบคุมยานพาหนะ สามารถควบคุมได้โดยการติดตั้งแผ่นกั้นกระฉอกในถัง รวมถึงการกำหนดกฎการควบคุมที่เหมาะสมในระบบนำทาง
• จรวดอาจเกิดการแกว่งแบบกระโดด (pogo oscillation) ซึ่งทำให้เกิดการเร่งความเร็วแบบควบคุมไม่ได้
• เชื้อเพลิงเหลวมักต้องการมอเตอร์ควบคุมปริมาตรในสภาวะไร้แรงโน้มถ่วงหรือระหว่างการจัดเรียงเพื่อป้องกันไม่ให้ก๊าซถูกดูดเข้าไปในเครื่องยนต์ขณะสตาร์ท นอกจากนี้ยังอาจเกิดการหมุนวนภายในถัง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในช่วงท้ายของการเผาไหม้ ซึ่งอาจส่งผลให้ก๊าซถูกดูดเข้าไปในเครื่องยนต์หรือปั๊มได้เช่นกัน
• สารขับดันที่เป็นของเหลวสามารถรั่วไหลได้ โดยเฉพาะไฮโดรเจนซึ่งอาจนำไปสู่การเกิดส่วนผสมที่ระเบิดได้
• ปั๊มเทอร์โบสำหรับสูบเชื้อเพลิงเหลวนั้นมีกระบวนการออกแบบที่ซับซ้อน และอาจเกิดความล้มเหลวร้ายแรงได้ เช่น การหมุนเร็วเกินไปหากไม่มีเชื้อเพลิง หรือเกิดการหลุดร่วงเป็นชิ้นส่วนด้วยความเร็วสูงหากอนุภาคโลหะจากกระบวนการผลิตเข้าไปในปั๊ม
• เชื้อเพลิงแช่แข็งเช่น ออกซิเจนเหลว จะทำให้ไอน้ำในบรรยากาศกลายเป็นน้ำแข็ง ซึ่งอาจทำให้ซีลและวาล์วเสียหายหรืออุดตัน และอาจทำให้เกิดการรั่วไหลและความล้มเหลวอื่นๆ การหลีกเลี่ยงปัญหานี้มักต้องใช้ กระบวนการ ลดอุณหภูมิ ที่ยาวนาน ซึ่งพยายามกำจัดไอน้ำออกจากระบบให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ น้ำแข็งยังสามารถก่อตัวที่ด้านนอกของถัง และต่อมาอาจตกลงมาและสร้างความเสียหายให้กับยานได้ ฉนวนโฟมภายนอกอาจก่อให้เกิดปัญหาได้ ดังที่เห็นได้จากภัยพิบัติกระสวยอวกาศโคลัมเบียเชื้อเพลิงที่ไม่ใช่แช่แข็งจะไม่ก่อให้เกิดปัญหาดังกล่าว
• จรวดเชื้อเพลิงเหลวที่ไม่สามารถเก็บรักษาได้ ต้องมีการเตรียมการอย่างมากก่อนการปล่อย ทำให้ใช้งานได้ยากกว่าจรวดเชื้อเพลิงแข็งสำหรับระบบอาวุธส่วนใหญ่

เครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงเหลวมีถังและท่อสำหรับเก็บและลำเลียงเชื้อเพลิง ระบบหัวฉีด และห้องเผาไหม้หนึ่งห้องหรือมากกว่า พร้อมหัว ฉีด ที่เกี่ยวข้อง

โดยทั่วไปแล้วเชื้อเพลิงเหลวมีความหนาแน่นใกล้เคียงกับน้ำ ประมาณ 0.7 ถึง 1.4 กรัม/ซม^³ (0.025 ถึง 0.051 ปอนด์/ลูกบาศก์นิ้ว) ยกเว้นไฮโดรเจนเหลวซึ่งมีความหนาแน่นต่ำกว่ามาก ในขณะที่ต้องการแรงดันเพียงเล็กน้อยเพื่อป้องกันการระเหยความหนาแน่นและแรงดันต่ำของเชื้อเพลิงเหลวทำให้ถังบรรจุมีน้ำหนักเบา: ประมาณ 1% ของปริมาณเชื้อเพลิงสำหรับเชื้อเพลิงที่มีความหนาแน่นสูง และประมาณ 10% สำหรับไฮโดรเจนเหลว มวลของถังที่เพิ่มขึ้นนั้นเกิดจากความหนาแน่นต่ำของไฮโดรเจนเหลวและมวลของฉนวนที่จำเป็น

สำหรับการฉีดเข้าไปในห้องเผาไหม้ ความดันของเชื้อเพลิงที่หัวฉีดจะต้องมากกว่าความดันในห้องเผาไหม้ ซึ่งมักจะทำได้โดยใช้ปั๊ม ปั๊มที่เหมาะสมมักใช้ปั๊มเทอร์โบ แบบแรงเหวี่ยง เนื่องจากมีกำลังสูงและน้ำหนักเบา แม้ว่า ในอดีตจะเคยใช้ ปั๊มแบบลูกสูบก็ตาม ปั๊มเทอร์โบมักมีน้ำหนักเบาและให้ประสิทธิภาพที่ดีเยี่ยม โดยมีน้ำหนักบนโลกต่ำกว่า 1% ของแรงขับ อันที่จริงอัตราส่วนแรงขับต่อน้ำหนัก โดย รวมรวมถึงปั๊มเทอร์โบสูงถึง 155:1 ในเครื่องยนต์จรวด SpaceX Merlin 1Dและสูงถึง 180:1 ในรุ่นสุญญากาศ^{[ 5 ]}แทนที่จะใช้ปั๊ม บางแบบใช้ถังบรรจุก๊าซเฉื่อยแรงดันสูง เช่น ฮีเลียม เพื่อเพิ่มแรงดันให้กับเชื้อเพลิง จรวดเหล่านี้มักให้ค่าdelta-v ที่ต่ำกว่า เนื่องจากมวลของถังบรรจุก๊าซเพิ่มแรงดันจะลดประสิทธิภาพ ในบางแบบสำหรับการใช้งานที่ระดับความสูงหรือในสุญญากาศ มวลของถังบรรจุก๊าซอาจยอมรับได้

ส่วนประกอบหลักของเครื่องยนต์จรวดจึงได้แก่ห้องเผาไหม้ (ห้องแรงขับ) ตัวจุดระเบิด แบบดอกไม้ไฟ ระบบป้อน เชื้อเพลิงวาล์ว ตัวควบคุม ถังเชื้อเพลิง และหัวฉีดเครื่องยนต์จรวดสำหรับการป้อนเชื้อเพลิงเข้าสู่ห้องเผาไหม้ เครื่องยนต์ที่ใช้เชื้อเพลิงเหลวจะใช้ระบบป้อนด้วยแรงดันหรือระบบป้อนด้วยปั๊ม โดยเครื่องยนต์แบบป้อนด้วยปั๊มจะทำงานใน วัฏจักร เครื่องยนต์ที่หลากหลาย

โดยทั่วไปแล้วเชื้อเพลิงเหลวจะถูกสูบเข้าไปในห้องเผาไหม้ด้วยปั๊มเทอร์โบแบบ แรงเหวี่ยงน้ำหนักเบา เมื่อไม่นานมานี้ บริษัทด้านอวกาศบางแห่งได้ใช้ปั๊มไฟฟ้าที่มีแบตเตอรี่ ในเครื่องยนต์ขนาดเล็กที่เรียบง่ายกว่านั้น บางครั้งจะใช้ก๊าซเฉื่อยที่เก็บไว้ในถังที่ความดันสูงแทนปั๊มเพื่อดันเชื้อเพลิงเข้าไปในห้องเผาไหม้ เครื่องยนต์เหล่านี้อาจมีอัตราส่วนมวลที่สูงกว่า แต่โดยทั่วไปแล้วจะมีความน่าเชื่อถือมากกว่า และจึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในดาวเทียมเพื่อรักษาวงโคจร^{[ 1 ]}

มีการทดลองผสมเชื้อเพลิงและสารออกซิไดเซอร์นับพันรูปแบบตลอดหลายปีที่ผ่านมา บางรูปแบบที่พบได้ทั่วไปและใช้งานได้จริง ได้แก่:

• ออกซิเจนเหลว ( LOX , O2 ₎และไฮโดรเจน เหลว ( LH2 , H2 ₎ – เครื่องยนต์หลักของกระสวยอวกาศ , ขั้นตอนแกนกลางของระบบปล่อยจรวดอวกาศ , ขั้นตอนหลัก _ของ Ariane 5และขั้นตอนที่สองของ Ariane 5 ECA, BE-3ของ New Shepard ของ Blue Origin, ขั้นตอนที่หนึ่งและสองของDelta IV , ขั้นตอนบนของAres I , ขั้นตอน ที่สองและสามของSaturn V , Saturn IBและSaturn Iรวมถึง ขั้นตอนจรวด Centaur , ขั้นตอนบนของLong March 3 , Long March 5 , Long March 8 , ขั้นตอนที่หนึ่งและสองของH-II , H-IIA , H-IIBและขั้นตอนบนของGSLV Mk-IIและGSLV Mk-IIIข้อดีหลักของส่วนผสมนี้คือการเผาไหม้ที่สะอาด (ไอน้ำเป็นผลิตภัณฑ์การเผาไหม้เพียงอย่างเดียว) และประสิทธิภาพสูง^{[ 6 ]}
• ออกซิเจนเหลว ( LOX ) และมีเทนเหลว (CH4 _,ก๊าซธรรมชาติเหลว , LNG) – เครื่องยนต์ Raptor (SpaceX) และBE-4 (Blue Origin) (ดูเพิ่มเติมที่ โครงการ Propulsion Cryogenics & Advanced Developmentของ NASA และโครงการ Morpheus )

ส่วนผสมของ ออกซิเจนและไฮโดรเจน ซึ่ง เป็นหนึ่งในส่วนผสมที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดนั้นประสบปัญหาจากอุณหภูมิที่ต่ำมากที่จำเป็นสำหรับการจัดเก็บไฮโดรเจนเหลว (ประมาณ 20 เคลวิน หรือ −253.2 องศาเซลเซียส หรือ −423.7 องศาฟาเรนไฮต์) และความหนาแน่นของเชื้อเพลิงที่ต่ำมาก (70 กก./ลบ.ม. ^หรือ 4.4 ปอนด์/ลบ.ฟุต เมื่อเทียบกับ RP-1 ที่ 820 กก./ลบ.ม. ^หรือ 51 ปอนด์/ลบ.ฟุต) ทำให้จำเป็นต้องใช้ถังขนาดใหญ่ที่ต้องมีน้ำหนักเบาและเป็นฉนวนด้วย ฉนวนโฟมน้ำหนักเบาบนถังภายนอกของกระสวยอวกาศเป็นสาเหตุหนึ่งที่ทำให้กระสวยอวกาศโคลัมเบียถูกทำลายเนื่องจากชิ้นส่วนหนึ่งหลุดออกมา ทำให้ปีกเสียหาย และทำให้กระสวยแตกเป็นเสี่ยงๆ ขณะกลับ เข้าสู่ ชั้นบรรยากาศ

มีเทนเหลว/LNG มีข้อดีหลายประการเหนือกว่า LH2 _{ประสิทธิภาพ (} แรงขับจำเพาะสูงสุด) ต่ำกว่า LH2 _แต่สูงกว่า RP1 (น้ำมันก๊าด) และเชื้อเพลิงแข็ง และความหนาแน่นที่สูงกว่า เช่นเดียวกับเชื้อเพลิงไฮโดรคาร์บอนอื่นๆ ทำให้มีอัตราส่วนแรงขับต่อปริมาตรสูงกว่า LH2 แม้ว่าความหนาแน่นจะไม่สูงเท่า RP1 ก็ตาม^[ ₇ ^] ทำให้มีความน่าสนใจเป็นพิเศษสำหรับระบบปล่อยจรวดที่สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้เนื่องจากความหนาแน่นที่สูงกว่าช่วยให้สามารถใช้มอเตอร์ ถังเชื้อเพลิง และระบบที่เกี่ยวข้องที่มีขนาดเล็กกว่าได้^{[6 ] LNG ยัง}เผาไหม้โดยมีเขม่า (การเกิดโค้ก) น้อยกว่าหรือไม่มีเลยเมื่อเทียบกับ RP1 ซึ่งทำให้การนำกลับมาใช้ใหม่ง่ายขึ้นเมื่อเปรียบเทียบกัน และ LNG และ RP1 เผาไหม้ได้เย็นกว่า LH2 _{ดังนั้น} LNG และ RP1 จึงไม่ทำให้โครงสร้างภายในของเครื่องยนต์เสียรูปมากนัก ซึ่งหมายความว่าเครื่องยนต์ที่เผาไหม้ LNG สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้มากกว่าเครื่องยนต์ที่เผาไหม้ RP1 หรือ_LH2ต่างจากเครื่องยนต์ที่เผาไหม้ LH2 _ทั้งเครื่องยนต์ RP1 และ LNG สามารถออกแบบโดยใช้เพลาร่วมกันที่มีกังหันเดี่ยวและปั๊มเทอร์โบสองตัว ตัวละหนึ่งตัวสำหรับ LOX และ LNG/RP1 ^{[ 7 ]}ในอวกาศ LNG ไม่จำเป็นต้องใช้เครื่องทำความร้อนเพื่อรักษาสภาพเป็นของเหลว ต่างจาก RP1 ^{[ 8 ]} LNG มีราคาถูกกว่า หาได้ง่ายในปริมาณมาก สามารถเก็บรักษาได้นานกว่า และระเบิดได้น้อยกว่า_LH2 ^{[ 6 ]}

• ออกซิเจนเหลว (LOX) และRP-1 (น้ำมันก๊าด) – ส่วนประกอบในขั้นแรกของ จรวด Saturn V , จรวด Zenit , ยานที่พัฒนามาจากR-7 รวมถึง ขั้นแรกของ จรวด Soyuz , Delta , Saturn IและSaturn IB , จรวด Titan IและAtlas , Falcon 1และFalcon 9 , ขั้นแรกของ จรวด Long March 5 , Long March 6 , Long March 7และLong March 8
• ออกซิเจนเหลว (LOX) และแอลกอฮอล์ ( เอทานอล , C₂H₅OH ) _{– ใช้}ในจรวดเหลวรุ่นแรกๆ เช่น จรวด A4 ของเยอรมัน ( สมัยสงครามโลกครั้งที่ 2 ) หรือที่รู้จักกันในชื่อV-2และจรวดเรดสโตน
• ออกซิเจนเหลว (LOX) และน้ำมันเบนซิน – จรวดเหลวลำแรกของโรเบิร์ต ก็อดดาร์ ด
• ออกซิเจนเหลว (LOX) และคาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) – เสนอให้ใช้ใน ยาน สำรวจ ดาวอังคาร (ที่มีแรงขับจำเพาะประมาณ 250  วินาที) โดยหลักแล้วเป็นเพราะคาร์บอนมอนอกไซด์และออกซิเจนสามารถผลิตได้โดยตรงจาก การแยกด้วยไฟฟ้า ของเซอร์โคเนียจากชั้นบรรยากาศของดาวอังคารโดยไม่จำเป็นต้องใช้น้ำจากดาวอังคารเพื่อผลิตไฮโดรเจน^{[ 9 ]}

เชื้อเพลิงขับเคลื่อนสององค์ประกอบที่ไม่ใช่แบบไครโอเจนิกจำนวนมากเป็นแบบไฮเปอร์โกไลต์ (ติดไฟได้เอง)

• T-Stoff ( ไฮโดรเจน เปอร์ _{ออกไซด์} 80%, _H₂O₂เป็นตัวออกซิไดซ์) และC _- Stoff (เมทานอล, _CH₃OHและไฮดราซีนไฮเดรต, N₂H₄ · n ( H₂O ₎เป็นเชื้อเพลิง) – ใช้สำหรับเครื่องยนต์ตระกูล Hellmuth-Walter-Werke HWK 109-509 A, -B และ -C ที่ใช้ในเครื่องบิน ขับไล่ _จรวด Messerschmitt Me 163 B Komet ซึ่งเป็นเครื่องบินขับไล่จรวดที่ใช้งานได้จริงในสงครามโลกครั้งที่ 2และต้นแบบเครื่องบินสกัดกั้นVTO แบบ มี นักบิน Ba 349 Natter
• กรดไนตริก (HNO₃ ₎และน้ำมันก๊าด – ต้นแบบเครื่องบินขับไล่จรวดโซเวียตBI-1และMiG I-270 ขีปนาวุธ Scud -A หรือSS-1 SRBM
• กรดไนตริกสีแดงที่ถูกยับยั้ง (I RFNA , HNO ₃ + N ₂ O ₄ ) และไดเมทิลไฮดราซีนแบบไม่สมมาตร ( UDMH , (CH ₃ ) ₂ N ₂ H ₂ ) – จรวด Scud -C ของโซเวียต หรือที่รู้จักกันในชื่อSS-1 -c,-d,-e
• กรดไนตริก 73% ผสมกับไดไนโตรเจนเตตรอกไซด์ 27% (AK27) และส่วนผสมของน้ำมันก๊าด/น้ำมันเบนซิน (TM-185) – ใช้ในขีปนาวุธหลายรุ่นของรัสเซีย (สหภาพโซเวียต) ในช่วงสงครามเย็น ( R-12 , Scud -B, Scud-D), อิหร่าน : Shahab-5 , เกาหลีเหนือ : Taepodong-2
• เปอร์ออกไซด์ ความเข้มข้นสูง (H₂O₂ ₎และน้ำมันก๊าด – _สหราชอาณาจักร (ทศวรรษ 1970) แบล็กแอร์โรว์สหรัฐอเมริกาการพัฒนา (หรือการศึกษา): BA-3200
• ไฮดราซีน (N₂H₄ ₎และกรดไนตริกสีแดงที่มีควัน_–ขีปนาวุธต่อต้านอากาศยานMIM-3 Nike Ajax
• ไดเมทิลไฮดราซีนแบบไม่สมมาตร ( UDMH ) และไดไนโตรเจนเตตรอกไซด์ ( N₂O₄ _{) –}โปรตอน,โรคอต , ลองมาร์ช 2 (ใช้ในการปล่อยยานลูกเรือเสินโจ ว)

• 

  แอโรซีน 50 (UDMH 50%, ไฮดราซีน 50%) และไดไนโตรเจนเตตรอกไซด์ ( N₂O₄ ₎ – ใช้ ในยาน ไททันส์ 2–4 , โมดูลลงจอดบนดวงจันทร์ของ ยานอวกาศอะพอลโล , โมดูลบริการของ ยานอวกาศอะพอลโล และ ยานสำรวจอวกาศระหว่างดาวเคราะห์ (เช่นยานวอยเอเจอร์ 1และ ยานวอย _เอเจอร์ 2 )
• โมโนเมทิลไฮดราซีน (MMH, (CH ₃ )HN ₂ H ₂ ) และไดไนโตรเจนเตตรอกไซด์ (N ₂ O ₄ ) – เครื่องยนต์ ระบบควบคุมการโคจร (OMS) และเครื่องยนต์ ขับดัน ระบบควบคุมปฏิกิริยา (RCS) ของกระสวยอวกาศ เครื่องยนต์ Draco และ SuperDraco ของSpaceXสำหรับยานอวกาศ Dragon

สำหรับ ขีปนาวุธข้าม ทวีป (ICBM) ที่สามารถเก็บรักษาได้ และยานอวกาศส่วนใหญ่ รวมถึงยานที่มีลูกเรือ ยานสำรวจดาวเคราะห์ และดาวเทียม การเก็บรักษาเชื้อเพลิงแช่แข็งไว้เป็นเวลานานนั้นเป็นไปไม่ได้ เนื่องจากจะเกิดการระเหย ทำให้สูญเสียเชื้อเพลิง เว้นแต่จะมีการทำความเย็นอย่างต่อเนื่องหรือเก็บรักษาไว้ภายใต้ความดันสูง ซึ่งทั้งสองอย่างนี้เป็นไปไม่ได้สำหรับงานดังกล่าว ด้วยเหตุนี้ จึงมักใช้ส่วนผสมของไฮดราซีนหรืออนุพันธ์ของไฮดราซีนร่วมกับไนโตรเจนออกไซด์สำหรับงานดังกล่าว แต่สารเหล่านี้เป็นพิษและเป็นสารก่อมะเร็งดังนั้น เพื่อปรับปรุงการจัดการ ยานที่มีลูกเรือบางลำ เช่นDream ChaserและSpace Ship Twoจึงวางแผนที่จะใช้จรวดไฮบริดที่มีส่วนผสมของเชื้อเพลิงและสารออกซิไดเซอร์ที่ไม่เป็นพิษ

การทำงานของหัวฉีดในจรวดเชื้อเพลิงเหลวเป็นตัวกำหนดเปอร์เซ็นต์ของประสิทธิภาพตามทฤษฎีของหัวฉีดที่สามารถทำได้ ประสิทธิภาพของหัวฉีดที่ไม่ดีจะทำให้เชื้อเพลิงที่เผาไหม้ไม่หมดออกจากเครื่องยนต์ ส่งผลให้ประสิทธิภาพต่ำ

นอกจากนี้ หัวฉีดเชื้อเพลิงยังเป็นส่วนสำคัญในการลดภาระความร้อนบนหัวฉีดด้วย โดยการเพิ่มสัดส่วนของเชื้อเพลิงบริเวณขอบห้องเผาไหม้ จะทำให้ผนังของหัวฉีดมีอุณหภูมิต่ำลงมาก

หัวฉีดอาจมีโครงสร้างที่เรียบง่าย โดยประกอบด้วยรูขนาดเล็กจำนวนมากเรียงกันเป็นรูปแบบที่ออกแบบมาอย่างพิถีพิถัน ซึ่งเชื้อเพลิงและสารออกซิไดเซอร์จะไหลผ่าน ความเร็วของการไหลจะถูกกำหนดโดยรากที่สองของความดันที่ลดลงทั่วหัวฉีด รูปทรงของรู และรายละเอียดอื่นๆ เช่น ความหนาแน่นของเชื้อเพลิง

หัวฉีดรุ่นแรกที่ใช้ในเครื่องยนต์ V-2 สร้างเจ็ทเชื้อเพลิงและสารออกซิไดเซอร์แบบขนาน ซึ่งจะเผาไหม้กันในห้องเผาไหม้ ทำให้ประสิทธิภาพค่อนข้างต่ำ

หัวฉีดในปัจจุบันโดยทั่วไปประกอบด้วยรูเล็กๆ จำนวนมาก ซึ่งทำหน้าที่พ่นเชื้อเพลิงและสารออกซิไดเซอร์ให้มาปะทะกัน ณ จุดหนึ่งในอวกาศ ห่างจากแผ่นหัวฉีดเพียงเล็กน้อย วิธีนี้ช่วยแบ่งการไหลของเชื้อเพลิงและสารออกซิไดเซอร์ออกเป็นหย droplets เล็กๆ ที่เผาไหม้ได้ง่ายขึ้น

หัวฉีดหลักๆ มีหลายประเภท ได้แก่

• หัวฝักบัว
• ดับเบิ้ลแบบกระทบตัวเอง
• ทริปเล็ตที่กระทบกันข้าม
• เข้าสู่ศูนย์กลางหรือหมุนวน
• พินเทิล

หัวฉีดแบบพินเทิลช่วยให้ควบคุมส่วนผสมของเชื้อเพลิงและสารออกซิไดเซอร์ได้ดีในช่วงอัตราการไหลที่กว้าง หัวฉีดแบบพินเทิลถูกใช้ใน เครื่องยนต์ ของยานลงจอดบนดวงจันทร์อะพอลโล ( ระบบขับเคลื่อนลงจอด ) และ เครื่องยนต์ เคสเทรลปัจจุบันใช้ใน เครื่องยนต์ เมอร์ลินบนจรวด ฟอลคอน 9และฟอลคอนเฮฟวี

เครื่องยนต์RS-25ที่ออกแบบมาสำหรับกระสวยอวกาศใช้ระบบเสาแบบร่อง ซึ่งใช้ไฮโดรเจนที่ร้อนจากพรีเบิร์นเนอร์เพื่อทำให้ออกซิเจนเหลวที่ไหลผ่านตรงกลางเสากลายเป็นไอ^{[ 10 ]}และสิ่งนี้ช่วยปรับปรุงอัตราและความเสถียรของกระบวนการเผาไหม้ เครื่องยนต์รุ่นก่อนหน้า เช่น F-1 ที่ใช้ในโครงการอพอลโลมีปัญหาเรื่องการสั่นสะเทือนอย่างมากซึ่งนำไปสู่การทำลายเครื่องยนต์ แต่ปัญหานี้ไม่เกิดขึ้นใน RS-25 เนื่องจากการออกแบบรายละเอียดนี้

วาเลนติน กลูชโกคิดค้นหัวฉีดแบบแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางในช่วงต้นทศวรรษ 1930 และหัวฉีดชนิดนี้ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในเครื่องยนต์ของรัสเซีย หลักการทำงานคือ การหมุนของเหลว (และบางครั้งก็มีการผสมเชื้อเพลิงทั้งสองชนิดเข้าด้วยกัน) จากนั้นของเหลวจะถูกพ่นออกมาผ่านรูเล็กๆ ซึ่งจะก่อตัวเป็นแผ่นรูปทรงกรวยและแตกตัวเป็นละอองอย่างรวดเร็ว เครื่องยนต์เหลวเครื่องแรกของก็อดดาร์ดใช้หัวฉีดแบบพุ่งชนเพียงหัวเดียว นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันในช่วงสงครามโลกครั้งที่สองได้ทดลองใช้หัวฉีดแบบพุ่งชนบนแผ่นเรียบ ซึ่งประสบความสำเร็จในการใช้งานในขีปนาวุธ วาสเซอร์ฟอล ล์

เพื่อหลีกเลี่ยงความไม่เสถียร เช่นการกระตุกซึ่งเป็นการสั่นสะเทือนที่ความเร็วค่อนข้างต่ำ เครื่องยนต์จะต้องได้รับการออกแบบให้มีแรงดันตกคร่อมหัวฉีดมากพอที่จะทำให้การไหลของเชื้อเพลิงไม่ขึ้นอยู่กับแรงดันในห้องเผาไหม้มากนัก โดยปกติแล้ว แรงดันตกคร่อมนี้จะทำได้โดยการใช้แรงดันตกคร่อมหัวฉีดอย่างน้อย 20% ของแรงดันในห้องเผาไหม้

อย่างไรก็ตาม โดยเฉพาะในเครื่องยนต์ขนาดใหญ่ การสั่นสะเทือนของการเผาไหม้ด้วยความเร็วสูงนั้นเกิดขึ้นได้ง่าย และยังไม่เป็นที่เข้าใจอย่างถ่องแท้ การสั่นสะเทือนด้วยความเร็วสูงเหล่านี้มีแนวโน้มที่จะรบกวนชั้นขอบเขตด้านก๊าซของเครื่องยนต์ และอาจทำให้ระบบระบายความร้อนล้มเหลวอย่างรวดเร็วจนทำให้เครื่องยนต์เสียหาย การสั่นสะเทือนประเภทนี้พบได้บ่อยในเครื่องยนต์ขนาดใหญ่ และเป็นปัญหาที่ขัดขวางการพัฒนาจรวดแซทเทิร์น วีแต่ในที่สุดก็สามารถแก้ไขได้

ห้องเผาไหม้บางประเภท เช่น เครื่องยนต์ RS-25ใช้ตัวเรโซเนเตอร์แบบเฮล์มโฮลทซ์เป็นกลไกลดการสั่นสะเทือน เพื่อป้องกันไม่ให้ความถี่เรโซแนนซ์บางความถี่เพิ่มสูงขึ้น

เพื่อป้องกันปัญหาเหล่านี้ การออกแบบหัวฉีด RS-25 จึงมุ่งเน้นไปที่การทำให้เชื้อเพลิงกลายเป็นไอ ก่อนที่จะฉีดเข้าไปในห้องเผาไหม้ แม้ว่าจะมีการใช้คุณสมบัติอื่นๆ อีกมากมายเพื่อให้แน่ใจว่าจะไม่เกิดความไม่เสถียร แต่การวิจัยในภายหลังแสดงให้เห็นว่าคุณสมบัติอื่นๆ เหล่านั้นไม่จำเป็น และการเผาไหม้ในเฟสแก๊สก็ทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือ

การทดสอบความเสถียรส่วนใหญ่มักใช้ระเบิดขนาดเล็ก ซึ่งจะถูกจุดระเบิดภายในห้องในระหว่างการทำงาน ทำให้เกิดการกระตุ้นอย่างฉับพลัน การตรวจสอบกราฟความดันภายในห้องเพื่อดูว่าผลกระทบจากการรบกวนนั้นลดลงเร็วแค่ไหน จะช่วยให้สามารถประเมินความเสถียรและปรับปรุงการออกแบบห้องได้หากจำเป็น

สำหรับจรวดเชื้อเพลิงเหลว มีวิธีการให้พลังงานในการฉีดเชื้อเพลิงเข้าไปในห้องเผาไหม้อยู่ 4 วิธีที่ใช้กันทั่วไป^{[ 11 ]}

เชื้อเพลิงและสารออกซิไดเซอร์ต้องถูกปั๊มเข้าไปในห้องเผาไหม้โดยต้านแรงดันของก๊าซร้อนที่กำลังถูกเผาไหม้ และกำลังของเครื่องยนต์ถูกจำกัดด้วยอัตราการปั๊มเชื้อเพลิงเข้าไปในห้องเผาไหม้ สำหรับการใช้งานในชั้นบรรยากาศหรือบนจรวดส่งจรวด ความดันสูงและกำลังสูงจึงเป็นที่ต้องการเพื่อลดแรงต้านจากแรงโน้มถ่วงสำหรับการใช้งานในวงโคจร รอบการทำงานที่มีกำลังต่ำกว่ามักจะเพียงพอ

วงจรป้อนแรงดัน

เชื้อเพลิงถูกอัดเข้าไปจากถังแรงดัน (ซึ่งค่อนข้างหนัก) ถังที่หนักหมายความว่าแรงดันที่ค่อนข้างต่ำเป็นแรงดันที่เหมาะสมที่สุด ซึ่งจำกัดกำลังของเครื่องยนต์ แต่เชื้อเพลิงทั้งหมดจะถูกเผาไหม้ ทำให้มีประสิทธิภาพสูง สารที่ใช้สร้างแรงดันมักจะเป็นฮีเลียมเนื่องจากไม่มีปฏิกิริยาและมีความหนาแน่นต่ำ ตัวอย่างเช่นAJ-10ที่ใช้ในระบบOMS ของกระสวยอวกาศ ระบบ SPS ของยานอวกาศ อะพอลโลและขั้นที่สองของ จรวด เดลต้าII

ป้อนด้วยปั๊มไฟฟ้า

มอเตอร์ไฟฟ้าซึ่งโดยทั่วไปคือมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงแบบไร้แปรงถ่านจะขับเคลื่อนปั๊มมอเตอร์ไฟฟ้าได้รับพลังงานจากชุดแบตเตอรี่ การใช้งานค่อนข้างง่ายและช่วยลดความซับซ้อนของ การออกแบบ เครื่องจักรเทอร์โบแต่มีข้อเสียคือมวลแห้งของชุดแบตเตอรี่จะเพิ่มขึ้น ตัวอย่างเครื่องยนต์คือเครื่องยนต์รัทเธอร์ฟอร์ดที่ออกแบบและใช้งานโดยRocket Lab

วงจรเครื่องกำเนิดไฟฟ้าก๊าซ

เชื้อเพลิงส่วนน้อยจะถูกเผาไหม้ในห้องเผาไหม้เบื้องต้นเพื่อขับเคลื่อนปั๊มเทอร์โบ จากนั้นจึงปล่อยออกทางหัวฉีดแยกต่างหาก หรือออกทางหัวฉีดหลักด้านล่าง วิธีนี้ทำให้ประสิทธิภาพลดลงเนื่องจากไอเสียสร้างแรงขับได้น้อยหรือไม่มีเลย แต่กังหันปั๊มสามารถมีขนาดใหญ่มาก ทำให้สามารถสร้างเครื่องยนต์กำลังสูงได้ ตัวอย่างเช่น เครื่องยนต์F-1และJ-2ของSaturn V , RS-68ของDelta IV , HM7BของAriane 5และMerlinของFalcon 9

วงจรการจ่ายน้ำ

ระบบนี้ดึงก๊าซร้อนจาก ห้องเผาไหม้หลักของเครื่องยนต์จรวดและส่งผ่านไปยัง กังหัน เทอร์โบปั๊ม ของเครื่องยนต์ เพื่อสูบเชื้อเพลิง แล้วจึงปล่อยออกสู่ภายนอก เนื่องจากเชื้อเพลิงไม่ได้ไหลผ่านห้องเผาไหม้หลักทั้งหมด ระบบดึงเชื้อเพลิงจึงถือเป็นเครื่องยนต์แบบวงจรเปิด ตัวอย่างเช่น เครื่องยนต์J-2SและBE- 3

วงจรขยาย

เชื้อเพลิงไครโอเจนิก (ไฮโดรเจนหรือมีเทน) ใช้ในการระบายความร้อนให้กับผนังห้องเผาไหม้และหัวฉีด ความร้อนที่ดูดซับจะทำให้เชื้อเพลิงกลายเป็นไอและขยายตัว จากนั้นจึงนำไปใช้ในการขับเคลื่อนปั๊มเทอร์โบก่อนที่จะเข้าสู่ห้องเผาไหม้ ทำให้มีประสิทธิภาพสูง หรืออาจถูกระบายออกภายนอก ทำให้สามารถใช้ปั๊มเทอร์โบที่มีกำลังสูงขึ้นได้ ความร้อนที่มีจำกัดในการทำให้เชื้อเพลิงกลายเป็นไอจะจำกัดกำลังของเครื่องยนต์ ตัวอย่างเช่นRL10สำหรับ ขั้นที่สองของ Atlas Vและ Delta IV (วงจรปิด) และLE-5ของH-II (วงจรระบาย)

วงจรการเผาไหม้แบบหลายขั้นตอน

ส่วนผสมที่มีเชื้อเพลิงหรือสารออกซิไดเซอร์เข้มข้นจะถูกเผาไหม้ในห้องเผาไหม้เบื้องต้น จากนั้นจึงขับเคลื่อนปั๊มเทอร์โบ และไอเสียแรงดันสูงนี้จะถูกส่งตรงไปยังห้องเผาไหม้หลัก ซึ่งเชื้อเพลิงหรือสารออกซิไดเซอร์ที่เหลือจะเกิดการเผาไหม้ ทำให้เกิดแรงดันสูงและประสิทธิภาพสูง ตัวอย่างเช่นSSME , RD-191 , LE- 7

วงจรการเผาไหม้แบบหลายขั้นตอนเต็มอัตราการไหล

ส่วนผสมที่มีเชื้อเพลิงและสารออกซิไดเซอร์เข้มข้นจะถูกเผาไหม้ในห้องเผาไหม้เบื้องต้นแยกกัน และขับเคลื่อนปั๊มเทอร์โบ จากนั้นไอเสียแรงดันสูงทั้งสองส่วน ส่วนหนึ่งมีออกซิเจนเข้มข้นและอีกส่วนหนึ่งมีเชื้อเพลิงเข้มข้น จะถูกส่งตรงไปยังห้องเผาไหม้หลัก ซึ่งจะรวมกันและเผาไหม้ ทำให้เกิดแรงดันสูงมากและประสิทธิภาพสูง ตัวอย่างเช่น จรวด Raptor ของ SpaceX

การเลือกวัฏจักรการทำงานของเครื่องยนต์เป็นหนึ่งในขั้นตอนแรกๆ ของการออกแบบเครื่องยนต์จรวด การเลือกนี้ก่อให้เกิดข้อแลกเปลี่ยนหลายประการ ซึ่งบางส่วนได้แก่:

โดยทั่วไปหัวฉีดจะถูกจัดวางเพื่อให้เกิดชั้นเชื้อเพลิงเข้มข้นที่ผนังห้องเผาไหม้ ซึ่งจะช่วยลดอุณหภูมิที่บริเวณนั้นและบริเวณปลายน้ำไปจนถึงคอและแม้กระทั่งเข้าไปในหัวฉีด และช่วยให้ห้องเผาไหม้ทำงานที่ความดันสูงขึ้น ซึ่งช่วยให้สามารถใช้หัวฉีดที่มีอัตราส่วนการขยายตัวสูงขึ้นได้ ส่งผลให้I _SP สูงขึ้น และประสิทธิภาพของระบบดีขึ้น^{[ 12 ]}เครื่องยนต์จรวดเหลวมักใช้การระบายความร้อนแบบหมุนเวียนซึ่งใช้เชื้อเพลิงหรือสารออกซิไดเซอร์ (ซึ่งพบได้น้อยกว่า) ในการระบายความร้อนให้กับห้องเผาไหม้และหัวฉีด

การจุดระเบิดสามารถทำได้หลายวิธี แต่สำหรับจรวดที่ใช้เชื้อเพลิงเหลว อาจจำเป็นต้องมีแหล่งกำเนิดการจุดระเบิดที่สม่ำเสมอและมีประสิทธิภาพสูงมากกว่าจรวดชนิดอื่น การจุดระเบิดที่ล่าช้า (ในบางกรณีอาจน้อยเพียงไม่กี่สิบมิลลิวินาที) อาจทำให้เกิดแรงดันเกินในห้องเผาไหม้เนื่องจากเชื้อเพลิงมากเกินไปการสตาร์ทเครื่องยนต์อย่างรุนแรงอาจทำให้เครื่องยนต์ระเบิดได้

โดยทั่วไป ระบบจุดระเบิดจะพยายามส่งเปลวไฟไปที่พื้นผิวของหัวฉีด โดยมีอัตราการไหลของมวลประมาณ 1% ของอัตราการไหลของมวลทั้งหมดของห้องเผาไหม้

บางครั้งมีการใช้ระบบล็อกเพื่อความปลอดภัยเพื่อให้แน่ใจว่ามีแหล่งกำเนิดประกายไฟก่อนที่วาล์วหลักจะเปิด อย่างไรก็ตาม ความน่าเชื่อถือของระบบล็อกในบางกรณีอาจต่ำกว่าระบบจุดระเบิด ดังนั้นจึงขึ้นอยู่กับว่าระบบจะต้องมีความปลอดภัยในกรณีที่เกิดความล้มเหลว หรือว่าความสำเร็จโดยรวมของภารกิจมีความสำคัญมากกว่า ระบบล็อกไม่ค่อยได้ใช้กับส่วนบนของยานอวกาศที่ไม่มีลูกเรือ เนื่องจากหากระบบล็อกล้มเหลวจะทำให้ภารกิจล้มเหลว แต่มีอยู่ในเครื่องยนต์ RS-25 เพื่อปิดเครื่องยนต์ก่อนการปล่อยยานอวกาศ นอกจากนี้ การตรวจจับการจุดระเบิดของตัวจุดระเบิดที่สำเร็จนั้นทำได้ยากอย่างน่าประหลาดใจ บางระบบใช้ลวดบางๆ ที่ถูกตัดขาดโดยเปลวไฟ เซ็นเซอร์ความดันก็ถูกนำมาใช้บ้างเช่นกัน

วิธีการจุดระเบิดมีหลายวิธี ได้แก่การใช้ดอกไม้ไฟ การใช้ไฟฟ้า (ประกายไฟหรือลวดร้อน) และการใช้สารเคมี เชื้อเพลิง ไฮเปอร์โกไลต์มีข้อดีคือสามารถจุดระเบิดได้เองอย่างน่าเชื่อถือ และมีโอกาสน้อยที่จะสตาร์ทติดยาก ในช่วงทศวรรษ 1940 ชาวรัสเซียเริ่มสตาร์ทเครื่องยนต์ด้วยเชื้อเพลิงไฮเปอร์โกไลต์ จากนั้นจึงเปลี่ยนไปใช้เชื้อเพลิงหลักหลังจากจุดระเบิดแล้ว วิธีนี้ยังถูกนำไปใช้กับเครื่องยนต์จรวด F-1 ของอเมริกา ในโครงการอพอลโลด้วย

การจุดติดไฟด้วย สาร ไวไฟ : ไตรเอทิลอะลูมิเนียมจะติดไฟเมื่อสัมผัสกับอากาศ และจะติดไฟและ/หรือสลายตัวเมื่อสัมผัสกับน้ำ และสารออกซิไดซ์อื่นๆ—เป็นหนึ่งในสารไม่กี่ชนิดที่มีคุณสมบัติไวไฟเพียงพอที่จะติดไฟเมื่อสัมผัสกับออกซิเจนเหลวแช่แข็ง ค่า_เอนทา ล ปีของการเผาไหม้ ΔcH ° คือ −5,105.70 ± 2.90 kJ/mol (−1,220.29 ± 0.69 kcal/mol) การติดไฟง่ายทำให้เป็นที่ต้องการอย่างยิ่งในฐานะสารจุดไฟเครื่องยนต์จรวดอาจใช้ร่วมกับไตรเอทิลโบเรนเพื่อสร้างไตรเอทิลอะลูมิเนียม-ไตรเอทิลโบเรน หรือที่รู้จักกันดีในชื่อ TEA-TEB

แนวคิดเรื่องจรวดเชื้อเพลิงเหลวตามความเข้าใจในบริบทสมัยใหม่ปรากฏขึ้นครั้งแรกในปี ค.ศ. 1903 ในหนังสือExploration of the Universe with Rocket-Propelled Vehicles ^{[ 13 ]}โดยนักวิทยาศาสตร์จรวดชาวรัสเซียKonstantin Tsiolkovskyความสำคัญของผลงานของเขาต่อการบินอวกาศ นั้น น่าทึ่งมาก รวมถึงสมการจรวด Tsiolkovskyจรวดหลายขั้นตอน และการใช้ออกซิเจนเหลวและไฮโดรเจนเหลวในจรวดเชื้อเพลิงเหลว^{[ 14 ]} Tsiolkovsky มีอิทธิพลต่อนักวิทยาศาสตร์จรวดรุ่นหลังทั่วทั้งยุโรป เช่นWernher von Braunทีมค้นหาของโซเวียตที่Peenemündeพบหนังสือของ Tsiolkovsky ฉบับแปลภาษาเยอรมันซึ่ง "เกือบทุกหน้า...ได้รับการตกแต่งเพิ่มเติมด้วยความคิดเห็นและบันทึกของ von Braun" ^{[ 15 ]} Valentin Glushkoนักออกแบบเครื่องยนต์จรวดชั้นนำของโซเวียตและSergey Korolev นักออกแบบจรวด ศึกษาผลงานของ Tsiolkovsky ตั้งแต่ยังเยาว์วัย^{[ 16 ]}และทั้งคู่ต่างพยายามเปลี่ยนทฤษฎีของ Tsiolkovsky ให้เป็นจริง^{[ 17 ]}

ตั้งแต่ปี พ.ศ. 2462 ถึง พ.ศ. 2473 ที่เลนินกราดกลูชโกได้ทำการวิจัยจรวดที่ห้องปฏิบัติการพลศาสตร์ก๊าซ (GDL) ซึ่งมีการจัดตั้งแผนกวิจัยใหม่ขึ้นเพื่อศึกษาเครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงเหลวและเครื่องยนต์จรวดไฟฟ้าส่งผลให้มีการสร้างเครื่องยนต์ ORM (จาก "เครื่องยนต์จรวดทดลอง" ในภาษารัสเซีย) รุ่นORM-1ถึงORM-52 [ ^{18 ] มี} การทดสอบจรวดเชื้อเพลิงเหลวทั้งหมด 100 ครั้ง โดยใช้เชื้อเพลิงหลายประเภท ทั้งแบบจุดเดือดต่ำและสูง และสามารถสร้างแรงขับได้ถึง 300 กิโลกรัม^{[ 19 ] [ 18 ]}

ในช่วงเวลานี้ในมอสโกเฟรดริช ซานเดอร์นักวิทยาศาสตร์และนักประดิษฐ์ ได้ออกแบบและสร้างเครื่องยนต์จรวดเหลวที่ทำงานด้วยอากาศอัดและน้ำมันเบนซิน ซานเดอร์ได้ทำการวิจัยเชื้อเพลิงพลังงานสูง รวมถึงโลหะผงที่ผสมกับน้ำมันเบนซิน ในเดือนกันยายน พ.ศ. 2474 ซานเดอร์ได้ก่อตั้ง ' กลุ่มศึกษาการเคลื่อนที่แบบปฏิกิริยา ' ^{[ 20 ]} ซึ่งตั้งอยู่ในมอสโก และ เป็นที่รู้จักกันดีในชื่อย่อภาษารัสเซียว่า "GIRD" ^{[ 21 ]}ในเดือนพฤษภาคม พ.ศ. 2475 เซอร์เกย์ โคโรเลฟ ได้เข้ามาแทนที่ซานเดอร์ในตำแหน่งหัวหน้าของ GIRD ในวันที่ 17 สิงหาคม พ.ศ. 2476 มิคาอิล ทิโคนราฟอฟ ได้ปล่อยจรวดขับเคลื่อนด้วยของเหลวลำแรกของโซเวียต (GIRD-9) ซึ่งใช้ออกซิเจนเหลวและน้ำมันเบนซินเจลเป็นเชื้อเพลิง โดยขึ้นไปถึงระดับความสูง 400 เมตร (1,300 ฟุต) ^{[ 22 ]}ในเดือนมกราคม พ.ศ. 2476 ซานเดอร์ได้เริ่มพัฒนาจรวด GIRD-X การออกแบบนี้เผาไหม้ออกซิเจนเหลวและน้ำมันเบนซิน และเป็นหนึ่งในเครื่องยนต์รุ่นแรกๆ ที่ใช้การระบายความร้อนแบบหมุนเวียนด้วยออกซิเจนเหลว ซึ่งไหลรอบผนังด้านในของห้องเผาไหม้ก่อนที่จะเข้าไปภายใน ปัญหาการเผาไหม้ทะลุผ่านระหว่างการทดสอบทำให้ต้องเปลี่ยนจากน้ำมันเบนซินเป็นแอลกอฮอล์ที่มีพลังงานน้อยกว่า จรวดรุ่นสุดท้ายมีความยาว 2.2 เมตร (7.2 ฟุต) เส้นผ่านศูนย์กลาง 140 มิลลิเมตร (5.5 นิ้ว) มีมวล 30 กิโลกรัม (66 ปอนด์) และคาดว่าจะสามารถบรรทุกน้ำหนักบรรทุก 2 กิโลกรัม (4.4 ปอนด์) ขึ้นไปที่ระดับความสูง 5.5 กิโลเมตร (3.4 ไมล์) ^{[ 23 ]}จรวด GIRD X ถูกปล่อยเมื่อวันที่ 25 พฤศจิกายน พ.ศ. 2476 และบินขึ้นไปที่ความสูง 80 เมตร^{[ 24 ]}

ในปี พ.ศ. 2476 GDL และ GIRD ได้รวมกันและกลายเป็นสถาบันวิจัยวิทยาศาสตร์เชิงปฏิกิริยา (RNII) ที่ RNII Gushko ได้พัฒนาเครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงเหลว ОРМ-53 ถึง ОРМ-102 ต่อไป โดยORM-65เป็น เครื่องยนต์ขับเคลื่อน เครื่องบินจรวด RP-318 ^{[ 18 ]}ในปี พ.ศ. 2481 Leonid Dushkinได้เข้ามาแทนที่ Glushko และพัฒนาเครื่องยนต์ ORM ต่อไป รวมถึงเครื่องยนต์สำหรับเครื่องบินสกัดกั้นจรวดBereznyak-Isayev BI-1 [ ^{25 ] ที่} RNII Tikhonravov ได้ทำงานเกี่ยวกับการพัฒนาเครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงเหลวออกซิเจน/แอลกอฮอล์^{[ 26 ]}ในที่สุด เครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงเหลวก็ได้รับความสำคัญต่ำในช่วงปลายทศวรรษ พ.ศ. 2473 ที่ RNII อย่างไรก็ตาม การวิจัยนั้นมีประสิทธิภาพและมีความสำคัญมากต่อความสำเร็จในภายหลังของโครงการจรวดโซเวียต^{[ 27 ]}

เปโดร เปาเลต์ชาวเปรูผู้ซึ่งทำการทดลองเกี่ยวกับจรวดมาตลอดชีวิตในเปรูได้เขียนจดหมายถึงเอล โคเมอร์ซิโอในลิมาในปี 1927 โดยอ้างว่าเขาได้ทำการทดลองกับเครื่องยนต์จรวดเหลวในขณะที่เขาเป็นนักศึกษาในปารีสเมื่อสามทศวรรษก่อนหน้านั้น^{[ 28 ] [ 29 ]}นักประวัติศาสตร์เกี่ยวกับการทดลองจรวดในยุคแรกๆ เช่นแม็กซ์ วาลิเยร์วิลลี เลย์และจอห์น ดี. คลาร์กได้ให้ความน่าเชื่อถือกับรายงานของเปปาเลต์ในระดับที่แตกต่างกัน วาลิเยร์ยกย่องการออกแบบจรวดขับเคลื่อนด้วยของเหลวของเปปาเลต์ในสิ่งพิมพ์ของสมาคมจรวดDie Raketeโดยกล่าวว่าเครื่องยนต์มี "พลังที่น่าทึ่ง" และแผนการของเขามีความจำเป็นสำหรับการพัฒนาจรวดในอนาคต^{[ 30 ]}เฮอร์มันน์ โอเบิร์ธตั้งชื่อปอเลต์ว่าเป็นผู้บุกเบิกด้านจรวดในปี 1965 ^{[ 31 ]}เวอร์เนอร์ ฟอน บราวน์ยังได้กล่าวถึงปอเลต์ว่าเป็น "ผู้บุกเบิกเครื่องยนต์ขับเคลื่อนด้วยเชื้อเพลิงเหลว" และระบุว่า "ปอเลต์ช่วยให้มนุษย์ไปถึงดวงจันทร์ได้ " ^{[ 28 ] [ 32 ] [ 33 ] [ 34 ] [ 35 ]}ต่อมานาซีเยอรมนี ได้ติดต่อปอเลต์ และเชิญให้เขาเข้าร่วมสมาคมดาราศาสตร์เพื่อช่วยพัฒนาเทคโนโลยีจรวด แต่เขาปฏิเสธที่จะช่วยเหลือหลังจากค้นพบว่าโครงการนี้มีจุดประสงค์เพื่อการผลิตอาวุธ และไม่เคยเปิดเผยสูตรเชื้อเพลิงของเขา^{[ 32 ] [ 31 ]}ตามที่ผู้สร้างภาพยนตร์และนักวิจัย อัลวาโร เมฆิอา กล่าวไว้ เฟรเดอริก ไอ. ออร์ดเวย์ที่ 3จะพยายามทำลายความน่าเชื่อถือของการค้นพบของปอเลต์ในบริบทของสงครามเย็นและเพื่อเปลี่ยนภาพลักษณ์ของฟอน บราวน์จากประวัติที่เกี่ยวข้องกับนาซีเยอรมนี^{[ 36 ]}

การบินครั้งแรกของจรวดเชื้อเพลิงเหลวเกิดขึ้นเมื่อวันที่ 16 มีนาคม พ.ศ. 2469 ที่เมืองออเบิร์น รัฐแมสซาชูเซตส์เมื่อศาสตราจารย์ชาวอเมริกัน ดร. โรเบิร์ต เอช. ก็ อดดาร์ด ปล่อยยานโดยใช้ออกซิเจนเหลวและน้ำมันเบนซินเป็นเชื้อเพลิง^{[ 37 ]}จรวดซึ่งถูกตั้งชื่อว่า "เนลล์" พุ่งขึ้นไปเพียง 41 ฟุตในช่วงเวลาบิน 2.5 วินาที และตกลงไปในทุ่งกะหล่ำปลี แต่นับเป็นการสาธิตที่สำคัญว่าจรวดที่ใช้เชื้อเพลิงเหลวนั้นเป็นไปได้ ก็อดดาร์ดเสนอแนวคิดเรื่องเชื้อเพลิงเหลวเมื่อประมาณสิบห้าปีก่อน และเริ่มทดลองอย่างจริงจังในปี พ.ศ. 2464 เฮอร์มันน์ โอเบิร์ธ ชาวเยอรมัน-โรมาเนีย ได้ตีพิมพ์หนังสือในปี พ.ศ. 2466 โดยแนะนำให้ใช้เชื้อเพลิงเหลว^{[ 38 ]}

ในเยอรมนี วิศวกรและนักวิทยาศาสตร์ต่างหลงใหลในระบบขับเคลื่อนด้วยของเหลว โดยได้สร้างและทดสอบระบบดังกล่าวในช่วงปลายทศวรรษ 1920 ภายใน โครงการจรวด Opel RAKซึ่งเป็นโครงการจรวดแรกของโลกในเมืองรุสเซลไฮม์ ตามบันทึกของMax Valier ^{[ 39 ]} Friedrich Wilhelm Sanderนักออกแบบจรวด Opel RAK ได้ปล่อยจรวดเชื้อเพลิงเหลวสองลำที่ Opel Rennbahn ในเมืองรุสเซลไฮม์เมื่อวันที่ 10 และ 12 เมษายน พ.ศ. 2462 จรวด Opel RAK เหล่านี้เป็นจรวดเชื้อเพลิงเหลวลำแรกของยุโรป และเป็นลำที่สองของโลกหลังจาก Goddard ในหนังสือ "Raketenfahrt" ของเขา Valier อธิบายขนาดของจรวดว่ามีเส้นผ่านศูนย์กลาง 21 ซม. และยาว 74 ซม. น้ำหนัก 7 กก. เมื่อว่างเปล่า และ 16 กก. เมื่อเติมเชื้อเพลิง แรงขับสูงสุดอยู่ที่ 45 ถึง 50 kp โดยมีเวลาการเผาไหม้ทั้งหมด 132 วินาที คุณสมบัติเหล่านี้บ่งชี้ถึงการสูบแรงดันก๊าซ จุดประสงค์หลักของการทดสอบเหล่านี้คือการพัฒนาระบบขับเคลื่อนจรวดเชื้อเพลิงเหลวสำหรับเครื่องบิน Gebrüder-Müller-Griessheim ^{[ 40 ]}ที่อยู่ระหว่างการก่อสร้างสำหรับการบินข้ามช่องแคบอังกฤษตามแผน นอกจากนี้ นักประวัติศาสตร์การบินอวกาศFrank H. Winter ภัณฑารักษ์ที่พิพิธภัณฑ์การบินและอวกาศแห่งชาติในวอชิงตัน ดี.ซี. ยังยืนยันว่ากลุ่ม Opel กำลังทำงานเกี่ยวกับจรวดเชื้อเพลิงเหลว นอกเหนือจากจรวด เชื้อเพลิงแข็งที่ใช้สำหรับบันทึกความเร็วบนบกและการบินเครื่องบินจรวดที่มีลูกเรือครั้งแรกของโลกด้วยOpel RAK.1 ^{[ 41 ]}ภายในเดือนพฤษภาคม พ.ศ. 2462 เครื่องยนต์สามารถสร้างแรงขับได้ 200 กก. (440 ปอนด์) "นานกว่าสิบห้านาที และในเดือนกรกฎาคม พ.ศ. 2462 ผู้ร่วมงานของ Opel RAK สามารถบรรลุช่วงเวลาที่มีกำลังมากกว่าสามสิบนาทีสำหรับแรงขับ 300 กก. (660 ปอนด์) ที่โรงงานของ Opel ใน Rüsselsheim" ตามบันทึกของ Max Valier ภาวะเศรษฐกิจตกต่ำครั้งใหญ่ทำให้กิจกรรมของ Opel RAK สิ้นสุดลง หลังจากทำงานให้กับกองทัพเยอรมันในช่วงต้นทศวรรษ 1930 Sander ถูกเกสตาโปจับกุมในปี 1935 เมื่อการผลิตจรวดส่วนตัวกลายเป็นสิ่งต้องห้ามในเยอรมนี เขาถูกตัดสินว่ามีความผิดฐานกบฏและถูกจำคุก 5 ปี พร้อมทั้งถูกบังคับให้ขายบริษัทของเขา เขาเสียชีวิตในปี 1938 ^{[ 42 ]}งานของ Max Valier (ผ่านทางArthur Rudolphและ Heylandt) ซึ่งเสียชีวิตขณะทำการทดลองในปี 1930 และงานของ Friedrich Sander เกี่ยวกับจรวดเชื้อเพลิงเหลวถูกกองทัพเยอรมันHeereswaffenamt ยึด และรวมเข้ากับกิจกรรมภายใต้พลเอกWalter Dornbergerในช่วงต้นและกลางทศวรรษ 1930 ในทุ่งนาใกล้กรุงเบอร์ลิน^{[ 43 ]} Max Valier เป็นผู้ร่วมก่อตั้งกลุ่มวิจัยสมัครเล่นVfRโดยทำงานวิจัยเกี่ยวกับจรวดเหลวในช่วงต้นทศวรรษ 1930 และสมาชิกหลายคนในกลุ่มนี้ต่อมาได้กลายเป็นผู้บุกเบิกเทคโนโลยีจรวดที่สำคัญ รวมถึงแวร์เนอร์ ฟอน บราวน์ ฟอนบราวน์ดำรงตำแหน่งหัวหน้าสถานีวิจัยของกองทัพที่ออกแบบ อาวุธ จรวด V-2ให้กับนาซี

ในช่วงปลายทศวรรษ 1930 การใช้ระบบขับเคลื่อนด้วยจรวดสำหรับการบินที่มีลูกเรือเริ่มมีการทดลองใช้อย่างจริงจัง โดยเครื่องบิน Heinkel He 176 ของเยอรมนี ทำการบินด้วยจรวดที่มีลูกเรือเป็นครั้งแรกโดยใช้เครื่องยนต์จรวดเหลวที่ออกแบบโดยวิศวกรการบินชาวเยอรมันHellmuth Walterเมื่อวันที่ 20 มิถุนายน 1939 ^{[ 44 ]} เครื่องบินรบที่ขับเคลื่อนด้วยจรวดเพียงรุ่นเดียวที่เคยใช้งานในกองทัพคือMe 163 Kometในปี 1944-45 ซึ่งใช้เครื่องยนต์จรวดเหลวที่ออกแบบโดย Walter เช่นกัน คือWalter HWK 109-509ซึ่งให้แรงขับสูงสุดถึง 1,700 kgf (16.7 kN) ที่กำลังสูงสุด

หลังสงครามโลกครั้งที่สอง รัฐบาลและกองทัพอเมริกันได้พิจารณาอย่างจริงจังถึงจรวดเชื้อเพลิงเหลวในฐานะอาวุธ และเริ่มให้ทุนสนับสนุนการวิจัย สหภาพโซเวียตก็ทำเช่นเดียวกัน และนั่นจึงเป็นจุดเริ่มต้นของการ แข่งขันด้านอวกาศ

ในช่วงปี 2010 ^{เครื่องยนต์}ที่พิมพ์ด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติ เริ่มถูกนำมาใช้ในการบินอวกาศ ตัวอย่างของเครื่องยนต์ดังกล่าว ได้แก่ SuperDracoที่ใช้ในระบบหลบหนีการปล่อยของSpaceX Dragon 2และเครื่องยนต์ที่ใช้สำหรับขั้นตอนแรกหรือขั้นตอนที่สองใน^{ยานปล่อย}จาก Astra [ 45 ^{] Orbex} [ 46 ^{] [ 47 ] Relativity} Space [ ^{48 ] Skyrora} [ 49 ^{] หรือ} Launcher ^{[ 50 ] [ 51 ] [ 52 ]}

• การเปรียบเทียบระบบปล่อยจรวดขึ้นสู่วงโคจร
• การเปรียบเทียบตระกูลจรวดส่งดาวเทียมขึ้นสู่วงโคจร
• การเปรียบเทียบเครื่องยนต์จรวดโคจร
• การเปรียบเทียบระบบปล่อยจรวดขึ้นสู่วงโคจรที่ใช้เชื้อเพลิงแข็ง
• รายชื่อแบบจำลองระบบปล่อยจรวดอวกาศ
• รายชื่อขีปนาวุธ
• รายชื่อระบบปล่อยจรวดขึ้นสู่วงโคจร
• รายชื่อจรวดสำรวจ
• รายชื่อจรวดทางทหาร

• เบเกอร์, เดวิด; แซค, อนาโตลี (9 กันยายน 2013). การแข่งขันเพื่ออวกาศ 1: รุ่งอรุณแห่งยุคอวกาศ . RHK . สืบค้นเมื่อ21 กรกฎาคม 2022 .
• เชอร์ทอค, บอริส (2005). จรวดและผู้คน เล่ม 1-4 . องค์การบริหารการบินและอวกาศแห่งชาติ. สืบค้นเมื่อ21 กรกฎาคม 2022 .
• เมฆีย, อัลบาโร (2017) "เปโดร เปาเลต์ ซาบิโอ สหวิชาชีพ" . Persona & Cultura (ภาษาสเปน) 14 (14) มหาวิทยาลัยคาโตลิกา ซานปาโบล: 95– 122. doi : 10.36901/persona.v14i14.209 . S2CID  258143557 .
• สิดดิคี, อาซิฟ (2000). ความท้าทายต่อโครงการอพอลโล: สหภาพโซเวียตและการแข่งขันด้านอวกาศ, 1945-1974 (PDF) . วอชิงตัน ดี.ซี.: องค์การบริหารการบินและอวกาศแห่งชาติ, กองประวัติศาสตร์นาซา. สืบค้นเมื่อ21 กรกฎาคม 2022 .

• หนังสือออนไลน์ชื่อ"วิธีออกแบบ สร้าง และทดสอบเครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงเหลวขนาดเล็ก"
• เครื่องบินไฮน์เคล ฮี 176 เครื่องบินจรวดเชื้อเพลิงเหลวลำแรกของโลก