Възможности за задвижване на AdMerk ракета-свободен космически план

Предохлаждащи въздуходишащи двигатели като SABRE поглъщат атмосферен кислород на по-ниски височини и скорости, след което преминават към бордов окисител в разреден въздух. Предохлаждащ топлообменник охлажда входящия въздух от около 100°C до -150°C за около 0,01 секунди, като позволява лек компресор и високо налягане на горене с течен водород — което дава ефективен специфичен импулс далеч над конвенционалните ракети, докато е в режим на въздушно дишане.

SABRE е проектирано да задвижва едноетапно превозно средство до приблизително Mach 5+ при ~28 km на въздушна тяга, след което да премине към режим на ракетна ракета със затворен цикъл за въвеждане в орбита. Това позволява на задвижвано от SABRE превозно средство да достигне орбита с по-висока част на полезния товар от чиста ракета, въпреки че все още се нуждае от ракетна фаза, за да затвори оставащата разлика в скоростта в орбита.

През 2019 г. никой комбиниран двигател за въздушно дишане не е летял до свръхзвукова скорост, но ключовите компоненти са доказани на земята: пълномащабен предохладител е бил тестван при температура на всмукване Mach 3.3+, а основният демонстратор на SABRE е преминал тестове за наземно запалване през 2022 г. Изследванията на НАСА и ЕКА потвърждават осъществимостта на концепцията, като същевременно отбелязват сложността на интегрирането на тежките топлообменници и криогенното боравене в орбитален апарат.

Ядреното термично задвижване използва реактор с делене, за да прегрее гориво (обикновено течен водород) и го изхвърля през дюза — заместване на химическото горене с топлина на делене. Пускането на реактора при много високи температури удвоява специфичен импулс срещу химически двигател със същото гориво.

САЩ. Програмата NERVA (1960s) тества повече от дузина реактори и доказа, че ядрените двигатели могат да рестартират и да надеждно, достигайки ниво на технологична готовност приблизително 6-7 преди отмяната през 1973 г. Програмата DRACO на НАСА и DRAPA целяха да определят ядрения термичен етап в орбитата на Земята до 2027 г.

За космически самолет ядреният двигател реалистично ще се възпламени само над атмосферата — например, след като въздуходишащ първи етап достигне Мах 5 и ~ 30 км — както за безопасност, така и защото твърдо-ядрени двигатели не могат да генерират достатъчно тяга до тегло, за да се издигнат от земята без помощ.

Захранването на превозното средство се захранва външно чрез лазерни или микровълнови лъчи, така че превозното средство да не носи тежък бордов източник на енергия или окислител — например лазерна термична ракета може да насочи лъч към загряване на водорода за тяга.

През 2000 г. експериментите с "Лайткрафт" са използвали импулсен лазер, за да изстрелят 50-грамов кораб на 71 метра надморска височина. Изследването, финансирано от НАСА през 2012 г., е технически осъществимо по принцип, но изисква нови технологии и големи инвестиции в дългосрочен план.

Суборбиталните демонстрации са по-правдоподобни в близко бъдеще, отколкото пълното навлизане в орбитата, тъй като лъчът трябва непрекъснато да проследява и захранва плавателния съд — орбиталната употреба би се нуждаела от множество наземни станции или вътрешнопространствено реле, тъй като превозното средство се отклонява от прякото поле на видимост.

Плазмените ускорители ускоряват задвижването — ксенон, аргон и други подобни — чрез електрически и магнитни полета, произвеждащи високоскоростни плазмени отработили газове. Те предлагат много висок специфичен импулс, но с цената на ниска тяга и съществено изискване за източник на енергия, така че не са годни за изстрелване от земната повърхност.

Прототипът VASIMR е демонстрирал тонируем специфичен импулс до около 5000 секунди, използвайки RF енергия за загряване на плазмата в магнитен накрайник, но неговото изпитване VX-200 произвежда само около 5 N тяга при 200 kW вход — приблизително теглото на макарата хартия.

За космически самолет плазмените ускорители са най-подходящи за орбитални маневри — орбити за фино регулиране или дългосрочно поддържане на станцията — а не за първично изкачване, поне в рамките на 5–10 годишен хоризонт.

Йонните и Hall-effect ускорители са по-малките, добре доказани електрически задвижващи устройства, използвани на сателити и сонди в продължение на десетилетия — например, Deep Space 1 и сондата Dawn използваха йонно задвижване за големи делта-V маневри с течение на времето, а Next йонният ускорител на НАСА продължи повече от 48 000 часа при наземните тестове.

Въпреки много високата ефективност на горивото, тягата е малка – дори и най-мощният електрически тръстер, тестван досега (100 kW-клас внезапен Hall тръстер), произвежда само около 5.4 N в лабораторията, рекорд за полето, но все още тривиален за целите на изстрелването.

За космически самолет, електрическите тръстери се третират най-добре като допълваща система за орбитално подравняване веднъж вече в космоса — а не като първичен асцентен метод. Тяхната технологична готовност е най-високата от всички варианти, разгледани тук, но тяхната приложимост за стартиране е най-ниската.