จรวด สองขั้นตอน ( TSTO ) หรือจรวดสองขั้นคือยานปล่อยที่ ใช้แรงขับ สองขั้นตอน ที่แตกต่างกัน อย่างต่อเนื่องเพื่อให้ได้ความเร็วเข้าสู่วงโคจร โดยอยู่ระหว่างจรวดสามขั้นตอน และ จรวดขั้นตอนเดียว (SSTO) ในเชิง สมมติฐาน

เมื่อปล่อยจรวดขึ้นสู่ท้องฟ้า ขั้นแรกจะทำหน้าที่เร่งความเร็วของยาน จากนั้นในบางช่วงเวลา ขั้นที่สองจะแยกตัวออกจากขั้นแรกและโคจรต่อไปด้วยพลังงานของตัวเอง

ระบบเหล่านี้มีข้อดีเหนือกว่าทางเลือกทั้งสองแบบ ต่างจากยานอวกาศแบบขึ้นสู่วงโคจรจากสถานะเดียว มวลแห้งส่วนใหญ่ไม่ได้ถูกนำขึ้นสู่วงโคจร ส่งผลให้มวลที่นำขึ้นสู่วงโคจรมีสัดส่วนของน้ำหนักบรรทุกมากกว่า "น้ำหนักส่วนเกิน" ซึ่งช่วยลดต้นทุนการปล่อย^{[ 1 ]}ในขณะเดียวกัน ระบบนี้มีความซับซ้อนน้อยกว่าและมีเหตุการณ์การแยกตัว น้อย กว่าระบบที่มีหลายขั้นตอน ซึ่งช่วยลดต้นทุนและความเสี่ยงต่อความล้มเหลว^{[ 2 ]}

• ประวัติศาสตร์
  • คอสมอส-3เอ็ม
  • เดลต้า ไอวี มีเดียม
  • ฟอลคอน 1
  • ดาวเสาร์ IB
  • ไททัน II GLV
  • ไซคลอน-2
  • เซนิต-2และเซนิต-2เอ็ม
• ปัจจุบัน
  • Atlas V 401 และ 501
  • อิเล็กตรอน
  • ฟอลคอน 9
  • เซนทอร์วัลแคน
• อยู่ระหว่างการพัฒนา
  • อังการา 1.2
  • ยานอวกาศ
  • นิวเกล็นน์
  • มิอุระ 5

ไม่ใช่เรื่องชัดเจนเสมอไปว่าเมื่อใดที่ยานพาหนะจะเป็น TSTO เนื่องจากมีการใช้จรวดบูสเตอร์เสริมในการปล่อย จรวดเหล่านี้จะถูกปล่อยในช่วงต้นของการบิน และอาจถือหรือไม่ถือเป็นขั้นตอนเพิ่มเติมก็ได้ หากเครื่องยนต์หลักยังคงทำงานต่อไป บางครั้งจรวดเหล่านี้ถือเป็นครึ่งขั้นตอน ทำให้เกิดคำว่า หนึ่งขั้นตอนครึ่งสู่วงโคจร (1.5STO) เช่นสำหรับ^จรวด Long March 5B ^{[ 3 ]}หรือขีปนาวุธ Atlas [ ^{4 ] [ 5 ]}ซึ่งเป็นขั้นตอนหลักเดียวที่มีบูสเตอร์เสริม ในทำนองเดียวกัน การออกแบบสองขั้นตอนที่มีบูสเตอร์เสริมสามารถเรียกได้ว่าเป็นจรวด 2.5 ขั้นตอน เช่นAriane 5หรือAtlas Vรุ่นต่างๆ ส่วนใหญ่ (ยกเว้น 401 และ 501)

ในส่วนของระบบปล่อยจรวดที่สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้แนวทางนี้มักถูกเสนอเป็นทางเลือกแทนระบบปล่อยจรวดแบบขั้นตอนเดียวขึ้นสู่วงโคจร (หรือSSTO ) ผู้สนับสนุนแนวทางนี้ให้เหตุผลว่า เนื่องจากแต่ละขั้นตอนอาจมีอัตราส่วนมวล ต่ำ กว่าระบบปล่อยจรวด SSTO ระบบดังกล่าวจึงสามารถสร้างได้โดยไม่จำกัดขีดจำกัดของวัสดุโครงสร้าง มีการกล่าวอ้างว่าการออกแบบสองขั้นตอนควรต้องการการบำรุงรักษาน้อยลง การทดสอบน้อยลง มีความล้มเหลวน้อยลง และมีอายุการใช้งานยาวนานขึ้น นอกจากนี้ แนวทางสองขั้นตอนยังช่วยให้ขั้นตอนล่างสามารถปรับให้เหมาะสมกับการทำงานในชั้นบรรยากาศเบื้องล่างของโลก ซึ่งมีความดันและแรงต้านสูง ในขณะที่ขั้นตอนบนสามารถปรับให้เหมาะสมกับการทำงานในสภาวะเกือบสุญญากาศในช่วงท้ายของการปล่อยจรวด สิ่งนี้ช่วยให้สามารถเพิ่มสัดส่วนมวลบรรทุกของยานสองขั้นตอนได้มากกว่ายานขั้นตอนเดียวหรือขั้นตอนครึ่ง ซึ่งต้องทำงานในทั้งสองสภาพแวดล้อมโดยใช้ฮาร์ดแวร์เดียวกัน

นักวิจารณ์โต้แย้งว่า ความซับซ้อนที่เพิ่มขึ้นของการออกแบบสองขั้นตอนแยกกันที่ต้องทำงานร่วมกัน โลจิสติกส์ที่เกี่ยวข้องกับการนำขั้นตอนแรกกลับไปยังสถานที่ปล่อย และความยากลำบากในการดำเนินการทดสอบแบบค่อยเป็นค่อยไปในขั้นตอนที่สอง จะบดบังประโยชน์เหล่านี้ ในกรณีของขั้นตอนล่างที่คล้ายเครื่องบิน พวกเขายังโต้แย้งถึงความยากลำบากและค่าใช้จ่ายในการพัฒนาและใช้งานเครื่องบินความเร็วสูง (เช่นSR-71 ) และตั้งคำถามเกี่ยวกับข้ออ้างด้านประสิทธิภาพ การออกแบบ "กระสวยอวกาศขนาดเล็ก" จำนวนหนึ่งที่ใช้เครื่องบินขนส่งเป็นขั้นตอนแรกก็ประสบปัญหาคล้ายคลึงกันกับน้ำแข็ง/โฟมเช่นเดียวกับกระสวยอวกาศเนื่องจากข้อกำหนดที่ว่าพวกมันต้องบรรทุกถังเชื้อเพลิงภายนอกขนาดใหญ่ด้วย

ณ ปี 2023 SpaceXและNASAเป็นผู้ให้บริการปล่อยจรวดเพียงสองรายที่ประสบความสำเร็จในการนำส่วนแรกของจรวดกลับมาใช้ใหม่ได้ โดยใช้จรวด Falcon 9 สองขั้นตอนและ Falcon Heavy 2.5 ขั้นตอน ของ SpaceX และจรวดขับดันเชื้อเพลิงแข็งของกระสวยอวกาศ ของ NASA ส่วนRocket Labได้กู้คืนส่วนแรกของ จรวด Electron หลายลำ แต่ยังไม่เคยนำกลับมาใช้งานอีก

ด้วยมุมมองที่ว่า การทำงานแบบเครื่องบินไม่ได้หมายความว่ารูปลักษณ์จะเหมือนเครื่องบินเสมอไป แนวคิดจรวด TSTO ที่นำกลับมาใช้ใหม่ได้บางแบบจึงมีขั้นแรกที่ทำงานเหมือนเครื่องบินVTOLหรือVTOHL DC-Xได้พิสูจน์แล้วว่าการออกแบบตัวเลือก VTOL นั้นใช้งานได้จริง การออกแบบอื่นๆ เช่น แนวคิด DH-1ก้าวไปอีกขั้นโดยใช้แนวทาง "ขึ้น/ลง" ซึ่งส่งขั้นโคจรไปยังจุดที่อยู่เหนือพื้นผิวโลกประมาณ 60 กิโลเมตร ก่อนที่จะลดระดับลงสู่แท่นปล่อยอีกครั้ง ในกรณีของ DH-1 ขั้นบนนั้นแทบจะเป็น "SSTO เกือบสมบูรณ์" โดยมีสัดส่วนมวลที่สมจริงกว่าและได้รับการปรับให้เหมาะสมเพื่อความน่าเชื่อถือ

การออกแบบ TSTO บางแบบประกอบด้วยขั้นแรกที่คล้ายเครื่องบิน และขั้นที่สองที่คล้าย จรวดส่วนประกอบของเครื่องบินอาจเป็นปีก เครื่องยนต์ไอพ่น หรือทั้งสองอย่าง แนวทางนี้เป็นที่น่าสนใจเพราะมันเปลี่ยนชั้นบรรยากาศของโลกจากอุปสรรคให้กลายเป็นข้อได้เปรียบ เมื่อความเร็วและความสูงเกินระดับหนึ่ง ปีกและเครื่องยนต์ไอพ่นจะไม่มีประสิทธิภาพอีกต่อไป และจรวดจะถูกใช้งานเพื่อเดินทางขึ้นสู่วงโคจรให้สำเร็จ

ยานอวกาศ Saengerเป็นหนึ่งในแนวคิดแรกๆ ของยานอวกาศประเภทนี้

แม้จะไม่ใช่ยานอวกาศโคจร แต่ยานอวกาศSpaceShipOne ที่ประสบความสำเร็จซึ่งพัฒนาขึ้นโดยภาคเอกชนเพื่อโครงการ Ansari X Prizeได้แสดงให้เห็นว่าระบบสองขั้นตอนที่มีเครื่องบินปีกเป็น "ครึ่งล่าง" สามารถไปถึงขอบอวกาศได้ ทีมงานเบื้องหลัง SpaceShipOne ได้สร้างและทดสอบระบบปล่อยยานอวกาศเชิงพาณิชย์แบบโคจรย่อยSpaceShipTwoโดยใช้เทคโนโลยีนี้เป็นพื้นฐาน

แม้ว่า จรวดเพกาซัสจะถูกปล่อยจากเครื่องบิน แต่ก็ไม่ใช่ระบบสองขั้นตอนสู่วงโคจร เนื่องจากส่วนประกอบของจรวดเองนั้นประกอบด้วยหลายขั้นตอน

• จากขั้นตอนเดียวสู่วงโคจร