Cohete

Los cohetes constan de un propulsor , un depósito para almacenarlo (como un tanque de propulsor ) y una tobera . También pueden tener uno o más motores , dispositivos de estabilización direccional (como aletas , motores vernier o cardanes para vectorización de empuje , giroscopios ) y una estructura (generalmente monocasco ) que mantiene unidos estos componentes. Los cohetes destinados a uso atmosférico de alta velocidad también tienen un carenado aerodinámico, como un cono frontal , que suele contener la carga útil. ^{[ 37 ]}

Además de estos componentes, los cohetes pueden tener muchos otros, como alas ( aviones cohete ), paracaídas , ruedas ( automóviles cohete ) e incluso, en cierto modo, una persona ( cinturón cohete ). Los vehículos suelen contar con sistemas de navegación y guiado que normalmente utilizan navegación por satélite y sistemas de navegación inercial .

Los motores de cohete emplean el principio de propulsión a chorro . ^{[ 2 ]} Los motores de cohete que impulsan los cohetes vienen en una gran variedad de tipos diferentes; una lista completa se puede encontrar en el artículo principal, Motor de cohete . La mayoría de los cohetes actuales son cohetes de propulsión química (generalmente motores de combustión interna , ^{[ 38 ]} pero algunos emplean un monopropelente descomponible ) que emiten un gas de escape caliente . Un motor de cohete puede usar propelentes gaseosos, propelentes sólidos , propelentes líquidos o una mezcla híbrida de ambos . Algunos cohetes usan calor o presión que se suministra de una fuente distinta a la reacción química de los propelentes, como los cohetes de vapor , los cohetes solares térmicos , los motores de cohetes nucleares térmicos o cohetes presurizados simples como el cohete de agua o los propulsores de gas frío . Con los propelentes de combustión, se inicia una reacción química entre el combustible y el oxidante en la cámara de combustión , y los gases calientes resultantes se aceleran fuera de una tobera del motor del cohete (o toberas ) en el extremo trasero del cohete. La aceleración de estos gases a través del motor ejerce una fuerza ("empuje") sobre la cámara de combustión y la tobera, impulsando el vehículo (según la tercera ley de Newton ). Esto ocurre porque la fuerza (presión por área) sobre la pared de la cámara de combustión se desequilibra con la abertura de la tobera; esto no sucede en ninguna otra dirección. La forma de la tobera también genera fuerza al dirigir los gases de escape a lo largo del eje del cohete. ^{[ 2 ]}

El propulsor de cohete es una masa que se almacena, generalmente en algún tipo de tanque o carcasa, antes de ser utilizada como la masa propulsora que se expulsa de un motor de cohete en forma de chorro de fluido para producir empuje . ^{[ 2 ]} Para los cohetes químicos, los propelentes suelen ser un combustible como hidrógeno líquido o queroseno que se quema con un oxidante como oxígeno líquido o ácido nítrico para producir grandes volúmenes de gas muy caliente. El oxidante se mantiene separado y se mezcla en la cámara de combustión, o bien viene premezclado, como en los cohetes de combustible sólido.

En ocasiones, el propelente no se quema, sino que experimenta una reacción química, y puede ser un "monopropelente" como la hidracina , el óxido nitroso o el peróxido de hidrógeno , que puede descomponerse catalíticamente en gas caliente.

Alternativamente, se puede utilizar un propulsor inerte que se pueda calentar externamente, como en los cohetes de vapor , cohetes termosolares o cohetes termonucleares . ^{[ 2 ]}

Para cohetes más pequeños y de bajo rendimiento, como los propulsores de control de actitud, donde el alto rendimiento es menos necesario, se utiliza un fluido presurizado como propulsor que simplemente escapa de la nave espacial a través de una tobera de propulsión. ^{[ 2 ]}

El primer cohete de combustible líquido , construido por Robert H. Goddard , difería significativamente de los cohetes modernos. El motor del cohete estaba en la parte superior y el tanque de combustible en la parte inferior, ^{[ 39 ]} basándose en la creencia de Goddard de que el cohete lograría estabilidad al "colgar" del motor como un péndulo en vuelo. ^{[ 40 ]} Sin embargo, el cohete se desvió de su trayectoria y se estrelló a 56 metros (184 pies ) del lugar de lanzamiento , ^{[ 41 ]} lo que indica que el cohete no era más estable que uno con el motor en la base. ^{[ 42 ]} 

Algunas armas militares utilizan cohetes para propulsar ojivas hacia sus objetivos. Un cohete y su carga útil se denominan generalmente misil cuando el arma cuenta con un sistema de guiado (no todos los misiles utilizan motores de cohete; algunos emplean otros motores, como los de reacción ) o cohete si no está guiado. Los misiles antitanque y antiaéreos utilizan motores de cohete para atacar objetivos a alta velocidad a una distancia de varios kilómetros, mientras que los misiles balísticos intercontinentales pueden utilizarse para lanzar múltiples ojivas nucleares desde miles de kilómetros, y los misiles antibalísticos intentan interceptarlos. También se han probado cohetes para reconocimiento , como el cohete Ping-Pong , lanzado para vigilar objetivos enemigos; sin embargo, los cohetes de reconocimiento nunca se han generalizado en el ámbito militar.

Los cohetes sonda se utilizan comúnmente para transportar instrumentos que toman mediciones desde 50 kilómetros (31 millas) hasta 1500 kilómetros (930 millas) sobre la superficie de la Tierra. ^{[ 43 ]} Las primeras imágenes de la Tierra desde el espacio se obtuvieron desde un cohete V-2 en 1946 ( vuelo n.° 13 ). ^{[ 44 ]}  

Los motores de cohete también se utilizan para propulsar trineos cohete a lo largo de un riel a velocidades extremadamente altas. El récord mundial para esto es Mach 8.5. ^{[ 45 ]}

Los cohetes más grandes normalmente se lanzan desde una plataforma de lanzamiento que proporciona soporte estable hasta unos segundos después del encendido. Debido a su alta velocidad de escape —2500 a 4500 m/s (9000 a 16 200 km/h; 5600 a 10 100 mph) — los cohetes son particularmente útiles cuando se requieren velocidades muy altas, como la velocidad orbital de aproximadamente 7800 m/s (28 000 km/h; 17 000 mph) . Las naves espaciales entregadas a trayectorias orbitales se convierten en satélites artificiales , que se utilizan para muchos fines comerciales. De hecho, los cohetes siguen siendo la única forma de lanzar naves espaciales a la órbita y más allá. ^{[ 46 ]} También se utilizan para acelerar rápidamente las naves espaciales cuando cambian de órbita o desorbitan para aterrizar . Además, un cohete puede usarse para suavizar un aterrizaje brusco en paracaídas inmediatamente antes del contacto con la superficie (ver retrocohete ).      

Los cohetes se utilizaban para lanzar un cable hasta un barco averiado, de modo que una boya Breeches pudiera utilizarse para rescatar a las personas a bordo. Los cohetes también se utilizan para lanzar bengalas de emergencia .

Algunos cohetes tripulados, en particular el Saturno V ^{[ 47 ]} y el Soyuz [ ^{48 ] ,} cuentan con sistemas de escape de lanzamiento . Se trata de un pequeño cohete, generalmente de combustible sólido, capaz de separar la cápsula tripulada del vehículo principal y ponerla a salvo en cualquier momento. Estos sistemas se han utilizado en varias ocasiones, tanto en pruebas como en vuelo, y han funcionado correctamente en todas ellas.

Este fue el caso cuando el Sistema de Garantía de Seguridad (nomenclatura soviética) logró separar con éxito la cápsula L3 durante tres de los cuatro lanzamientos fallidos del cohete lunar soviético N1 , vehículos 3L, 5L y 7L . En los tres casos, la cápsula, aunque sin tripulación, se salvó de la destrucción. Solo los tres cohetes N1 mencionados contaban con Sistemas de Garantía de Seguridad funcionales. El vehículo restante, el 6L, tenía etapas superiores simuladas y, por lo tanto, carecía de un sistema de escape, lo que le otorgaba al propulsor N1 una tasa de éxito del 100% para la salida de un lanzamiento fallido. ^{[ 49 ] [ 50 ] [ 51 ] [ 52 ]}

Se produjo un escape exitoso de una cápsula tripulada cuando la Soyuz T-10 , en una misión a la estación espacial Salyut 7 , explotó en la plataforma de lanzamiento. ^{[ 53 ]}

Los asientos eyectables propulsados ​​por cohetes sólidos se utilizan en muchos aviones militares para impulsar a la tripulación a un lugar seguro fuera de un vehículo cuando se pierde el control de vuelo. ^{[ 54 ]}

Un cohete modelo es un cohete pequeño diseñado para alcanzar altitudes bajas (por ejemplo, entre 100 y 500 m (330 y 1640 pies) para un modelo de 30 g (1,1 oz) ) y ser recuperado por diversos medios.    

Según el Código de Seguridad de la Asociación Nacional de Cohetería de los Estados Unidos (nar), ^{[ 55 ]} los cohetes modelo se construyen con papel, madera, plástico y otros materiales ligeros. El código también proporciona directrices para el uso del motor, la selección del sitio de lanzamiento, los métodos de lanzamiento, la ubicación del lanzador, el diseño y despliegue del sistema de recuperación y más. Desde principios de la década de 1960, se ha proporcionado una copia del Código de Seguridad para Cohetes Modelo con la mayoría de los kits y motores de cohetes modelo. A pesar de su asociación inherente con sustancias extremadamente inflamables y objetos con punta afilada que viajan a altas velocidades, la cohetería modelo históricamente ha demostrado ^{[ 56 ] [ 57 ]} ser un pasatiempo muy seguro y se le ha atribuido como una fuente importante de inspiración para niños que eventualmente se convierten en científicos e ingenieros . ^{[ 58 ]}

Los aficionados construyen y lanzan una gran variedad de cohetes modelo. Muchas empresas fabrican kits y piezas para cohetes modelo, pero debido a su simplicidad inherente, algunos aficionados han llegado a construir cohetes con casi cualquier cosa. Los cohetes también se utilizan en algunos tipos de fuegos artificiales , tanto de consumo como profesionales . Un cohete de agua es un tipo de cohete modelo que utiliza agua como masa de reacción. El recipiente a presión (el motor del cohete) suele ser una botella de plástico de refresco usada. El agua es expulsada por un gas a presión, normalmente aire comprimido. Es un ejemplo de la tercera ley del movimiento de Newton.

La escala de la cohetería amateur puede variar desde un pequeño cohete lanzado en el patio trasero de una persona hasta un cohete que llegó al espacio. ^{[ 59 ]} La cohetería amateur se divide en tres categorías según el impulso total del motor : baja potencia, potencia media y alta potencia .

Los cohetes de peróxido de hidrógeno se utilizan para impulsar mochilas propulsoras , ^{[ 60 ]} y se han utilizado para impulsar automóviles ; además, un automóvil cohete ostenta el récord histórico (aunque no oficial) de carreras de aceleración . ^{[ 61 ]}

Corpulent Stump es el cohete no comercial más potente jamás lanzado con un motor Aerotech en el Reino Unido. ^{[ 62 ] [ 63 ] [ 64 ]}

El efecto de la combustión del propulsor en el motor del cohete es aumentar la energía interna de los gases resultantes, utilizando la energía química almacenada en el combustible. A medida que aumenta la energía interna, aumenta la presión, y se utiliza una tobera para convertir esta energía en energía cinética dirigida. Esto produce empuje contra el entorno al que se liberan estos gases. La dirección ideal del movimiento de los gases de escape es aquella que genera empuje. En la parte superior de la cámara de combustión, el fluido gaseoso caliente y energético no puede avanzar, por lo que empuja hacia arriba contra la parte superior de la cámara de combustión del motor del cohete . A medida que los gases de combustión se acercan a la salida de la cámara de combustión, aumentan su velocidad. El efecto de la parte convergente de la tobera del motor del cohete sobre el fluido a alta presión de los gases de combustión es hacer que los gases se aceleren a alta velocidad. Cuanto mayor sea la velocidad de los gases, menor será la presión del gas ( principio de Bernoulli o conservación de la energía ) que actúa sobre esa parte de la cámara de combustión. En un motor correctamente diseñado, el flujo alcanzará Mach 1 en la garganta de la tobera. En ese punto, la velocidad del flujo aumenta. Más allá de la garganta de la tobera, una sección de expansión en forma de campana del motor permite que los gases en expansión empujen contra esa parte del motor del cohete. De esta manera, la sección en forma de campana de la tobera proporciona un empuje adicional. En pocas palabras, para cada acción hay una reacción igual y opuesta, según la tercera ley de Newton, de modo que los gases que salen producen una fuerza de reacción sobre el cohete, lo que provoca su aceleración. ^{[ 70 ] [ nb 2 ]}

En una cámara cerrada, las presiones son iguales en ambas direcciones y no se produce aceleración. Si se abre una abertura en la parte inferior de la cámara, la presión deja de actuar sobre la sección faltante. Esta abertura permite la salida de los gases de escape. Las presiones restantes generan un empuje resultante en el lado opuesto a la abertura, y estas presiones son las que impulsan el cohete.

La forma de la boquilla es importante. Consideremos un globo impulsado por aire que sale de una boquilla cónica. En este caso, la combinación de la presión del aire y la fricción viscosa hace que la boquilla no empuje el globo, sino que sea atraída por él. ^{[ 72 ]} El uso de una boquilla convergente/divergente proporciona mayor fuerza, ya que el escape también ejerce presión sobre ella al expandirse hacia afuera, duplicando aproximadamente la fuerza total. Si se añade gas propulsor continuamente a la cámara, estas presiones pueden mantenerse mientras quede propulsor. Cabe señalar que, en el caso de los motores de propulsión líquida, las bombas que mueven el propulsor a la cámara de combustión deben mantener una presión mayor que la de la cámara de combustión, generalmente del orden de 100 atmósferas. ^{[ 2 ]}

Como efecto secundario, estas presiones sobre el cohete también actúan sobre el escape en la dirección opuesta y lo aceleran a velocidades muy altas (según la tercera ley de Newton ). ^{[ 2 ]} Según el principio de conservación del momento, la velocidad del escape de un cohete determina cuánto aumento de momento se crea para una cantidad dada de propulsor. Esto se llama impulso específico del cohete . ^{[ 2 ]} Dado que un cohete, propulsor y escape en vuelo, sin perturbaciones externas, pueden considerarse como un sistema cerrado, el momento total es siempre constante. Por lo tanto, cuanto mayor sea la velocidad neta del escape en una dirección, mayor será la velocidad que el cohete puede alcanzar en la dirección opuesta. Esto es especialmente cierto ya que la masa del cuerpo del cohete suele ser mucho menor que la masa total final del escape.

El estudio general de las fuerzas que actúan sobre un cohete forma parte del campo de la balística . Las naves espaciales se estudian con mayor detalle en el subcampo de la astrodinámica .

Los cohetes voladores se ven afectados principalmente por lo siguiente: ^{[ 73 ]}

• Empuje del/de los motor(es)
• Gravedad de los cuerpos celestes
• Resistencia al movimiento en la atmósfera
• Sustentación ; generalmente un efecto relativamente pequeño, excepto en aeronaves propulsadas por cohetes.

Además, la inercia y la pseudofuerza centrífuga pueden ser significativas debido a la trayectoria del cohete alrededor del centro de un cuerpo celeste; cuando se alcanzan velocidades suficientemente altas en la dirección y altitud correctas, se obtiene una órbita estable o una velocidad de escape .

Estas fuerzas, con una cola estabilizadora (el empenaje ) presente, a menos que se realicen esfuerzos de control deliberados, harán que el vehículo siga naturalmente una trayectoria aproximadamente parabólica denominada giro gravitatorio , y esta trayectoria se usa a menudo al menos durante la parte inicial de un lanzamiento. (Esto es cierto incluso si el motor del cohete está montado en la punta). Los vehículos pueden así mantener un ángulo de ataque bajo o incluso cero , lo que minimiza la tensión transversal en el vehículo de lanzamiento , permitiendo un vehículo de lanzamiento más débil y, por lo tanto, más ligero. ^{[ 74 ] [ 75 ]}

empuje neto

Un motor de cohete típico puede manejar una fracción significativa de su propia masa en propelente cada segundo, con el propelente saliendo de la tobera a varios kilómetros por segundo. Esto significa que la relación empuje-peso de un motor de cohete, y a menudo de todo el vehículo, puede ser muy alta, en casos extremos superior a 100. Esto se compara con otros motores de propulsión a chorro que pueden superar 5 para algunos de los mejores ^{[ 77 ]} . ^{[ 78 ]}

El empuje neto de un cohete es

${\displaystyle F_{n}={\dot {m}}\;v_{e},}$^{[ 2 ] : 2–14}

dónde

${\displaystyle {\dot {m}}=\,}$Caudal de propulsor (kg/s o lb/s)

${\displaystyle v_{e}=\,}$la velocidad de escape efectiva (m/s o ft/s).

La velocidad de escape efectiva${\displaystyle v_{e}}$La velocidad efectiva de los gases de escape es aproximadamente la velocidad a la que salen del vehículo. En el vacío del espacio, esta velocidad suele ser igual a la velocidad media real de los gases de escape a lo largo del eje de empuje. Sin embargo, la velocidad efectiva de los gases de escape tiene en cuenta diversas pérdidas y, en particular, se reduce al operar en atmósfera.

El caudal de propulsor en un motor de cohete suele variarse deliberadamente durante el vuelo para controlar el empuje y, por lo tanto, la velocidad del vehículo. Esto permite, por ejemplo, minimizar las pérdidas aerodinámicas ^{[ 76 ]} y limitar el aumento de las fuerzas G debido a la reducción de la carga de propulsor.

El impulso se define como una fuerza que actúa sobre un objeto a lo largo del tiempo y que, en ausencia de fuerzas opuestas (gravedad y resistencia aerodinámica), modifica el momento lineal (integral de masa y velocidad) del objeto. Por ello, es el mejor indicador de la clase de rendimiento (masa de carga útil y capacidad de velocidad terminal) de un cohete, en lugar del empuje de despegue, la masa o la "potencia". El impulso total de una etapa de cohete que quema su propulsor es: ^{[ 2 ] : 27}

${\displaystyle I=\int Fdt}$

Cuando hay empuje fijo, esto es simplemente:

${\displaystyle I=Ft\;}$

El impulso total de un cohete multietapa es la suma de los impulsos de las etapas individuales.

Como puede observarse en la ecuación de empuje, la velocidad efectiva de los gases de escape controla la cantidad de empuje que se produce a partir de una cantidad determinada de combustible quemado por segundo.

Una medida equivalente, el impulso neto por unidad de peso de propulsor expulsado, se denomina impulso específico .${\displaystyle I_{sp}}$y esta es una de las cifras más importantes que describe el rendimiento de un cohete. Se define de tal manera que se relaciona con la velocidad de escape efectiva mediante:

${\displaystyle v_{e}=I_{sp}\cdot g_{0}}$^{[ 2 ] : 29}

dónde:

${\displaystyle I_{sp}}$tiene unidades de segundos

${\displaystyle g_{0}}$es la aceleración en la superficie de la Tierra

Por lo tanto, cuanto mayor sea el impulso específico, mayor será el empuje neto y el rendimiento del motor.${\displaystyle I_{sp}}$Se determina mediante mediciones durante las pruebas del motor. En la práctica, las velocidades de escape efectivas de los cohetes varían, pero pueden ser extremadamente altas, de aproximadamente 4500  m/s, unas 15 veces la velocidad del sonido en el aire a nivel del mar.

La capacidad delta-v de un cohete es el cambio total teórico de velocidad que un cohete puede alcanzar sin ninguna interferencia externa (sin resistencia del aire, gravedad u otras fuerzas).

Cuando${\displaystyle v_{e}}$es constante, el delta-v que puede proporcionar un vehículo cohete se puede calcular a partir de la ecuación del cohete de Tsiolkovsky : ^{[ 82 ]}

${\displaystyle \Delta v\ =v_{e}\ln {\frac {m_{0}}{m_{1}}}}$

dónde:

${\displaystyle m_{0}}$es la masa total inicial, incluyendo el propulsor, en kg (o lb)

${\displaystyle m_{1}}$es la masa total final en kg (o lb)

${\displaystyle v_{e}}$es la velocidad de escape efectiva en m/s (o ft/s)

${\displaystyle \Delta v\ }$es el delta-v en m/s (o ft/s)

Al ser lanzados desde la Tierra, los valores prácticos de delta-vs para un solo cohete que transporta cargas útiles pueden ser de unos pocos km/s. Algunos diseños teóricos contemplan cohetes con delta-vs superiores a 9  km/s.

También se puede calcular el delta-v necesario para una maniobra específica; por ejemplo, el delta-v para el lanzamiento desde la superficie de la Tierra a la órbita terrestre baja es de aproximadamente 9,7  km/s, lo que deja al vehículo con una velocidad lateral de aproximadamente 7,8  km/s a una altitud de alrededor de 200  km. En esta maniobra,  se pierden aproximadamente 1,9 km/s debido a la resistencia del aire , la resistencia gravitatoria y la ganancia de altitud .

La proporción${\displaystyle {\frac {m_{0}}{m_{1}}}}$A veces se le llama relación de masas .

Casi toda la masa de un vehículo de lanzamiento consiste en propelente. ^{[ 83 ]} La relación de masas es, para cualquier "combustión", la relación entre la masa inicial del cohete y su masa final. ^{[ 84 ]} En igualdad de condiciones, una alta relación de masas es deseable para un buen rendimiento, ya que indica que el cohete es ligero y, por lo tanto, tiene un mejor rendimiento, esencialmente por las mismas razones por las que un peso bajo es deseable en los autos deportivos.

Los cohetes, en general, poseen la mayor relación empuje-peso de cualquier tipo de motor; esto permite que los vehículos alcancen altas relaciones de masa , lo que mejora el rendimiento de los vuelos. Cuanto mayor sea la relación, menor será la masa del motor que se necesita transportar. Esto posibilita el transporte de aún más propelente, mejorando enormemente el delta-v. Por otro lado, algunos cohetes, como los utilizados en rescates o carreras, transportan relativamente poco propelente y carga útil, por lo que solo necesitan una estructura ligera y logran altas aceleraciones. Por ejemplo, el sistema de escape Soyuz puede producir 20 g . ^{[ 48 ]} 

Las relaciones de masa alcanzables dependen en gran medida de muchos factores, como el tipo de propulsor, el diseño del motor que utiliza el vehículo, los márgenes de seguridad estructural y las técnicas de construcción.

Las relaciones de masa más altas generalmente se logran con cohetes de combustible líquido, y este tipo se suele utilizar para vehículos de lanzamiento orbitales , una situación que requiere un delta-v elevado. Los propelentes líquidos generalmente tienen densidades similares a las del agua (con las notables excepciones del hidrógeno líquido y el metano líquido ), y este tipo puede utilizar tanques ligeros de baja presión y, por lo general, turbobombas de alto rendimiento para impulsar el propelente hacia la cámara de combustión.

En la siguiente tabla se muestran algunas fracciones de masa destacables (algunas aeronaves se incluyen con fines comparativos):

Hasta ahora, ningún cohete individual ha logrado alcanzar la velocidad (delta-v) necesaria para entrar en órbita, debido a que el propulsor , los tanques, la estructura, el sistema de guiado , las válvulas, los motores, etc., requieren un porcentaje mínimo de masa al despegue que resulta demasiado elevado para que el propulsor que transporta alcance dicha delta-v con cargas útiles razonables. Dado que hasta el momento no se ha logrado alcanzar la órbita con una sola etapa , los cohetes orbitales siempre cuentan con más de una etapa.

Por ejemplo, la primera etapa del Saturno V, que soportaba el peso de las etapas superiores, logró una relación de masas de aproximadamente 10 y un impulso específico de 263 segundos. Esto da como resultado un delta-v de alrededor de 5,9  km/s, mientras que se necesitan unos 9,4  km/s para alcanzar la órbita considerando todas las pérdidas.

Este problema se resuelve frecuentemente mediante la separación de etapas : el cohete se deshace del exceso de peso (generalmente los tanques vacíos y los motores asociados) durante el lanzamiento. La separación de etapas puede ser en serie , donde los cohetes se encienden después de que la etapa anterior se haya desprendido, o en paralelo , donde los cohetes se queman simultáneamente y luego se separan cuando se agota su combustible. ^{[ 90 ]}

La velocidad máxima que se puede alcanzar con la configuración por etapas está teóricamente limitada únicamente por la velocidad de la luz. Sin embargo, la carga útil que se puede transportar disminuye geométricamente con cada etapa adicional necesaria, mientras que el delta-v adicional de cada etapa es simplemente aditivo.

De la segunda ley de Newton, la aceleración,${\displaystyle a}$, de un vehículo es simplemente:

${\displaystyle a={\frac {F_{n}}{m}}}$

donde m es la masa instantánea del vehículo y${\displaystyle F_{n}}$es la fuerza neta que actúa sobre el cohete (principalmente empuje, pero la resistencia del aire y otras fuerzas también pueden influir).

A medida que disminuye el propulsor restante, los vehículos cohete se vuelven más ligeros y su aceleración tiende a aumentar hasta que se agota el propulsor. Esto significa que gran parte del cambio de velocidad ocurre hacia el final del encendido, cuando el vehículo es mucho más ligero. ^{[ 2 ]} Sin embargo, el empuje se puede regular para compensar o variar este efecto si es necesario. También se producen discontinuidades en la aceleración cuando las etapas se agotan, comenzando a menudo con una aceleración menor con cada nuevo encendido de etapa.

Se puede aumentar la aceleración máxima diseñando el vehículo con una masa reducida, lo que generalmente se logra disminuyendo la carga de combustible, el volumen de los tanques y las estructuras asociadas. Sin embargo, esto reduce el alcance, el delta-v y el tiempo de combustión. Aun así, para algunas aplicaciones de cohetes, una alta aceleración máxima aplicada durante un breve período de tiempo es muy deseable.

La masa mínima del vehículo consiste en un motor de cohete con combustible mínimo y una estructura para transportarlo. En ese caso, la relación empuje-peso ^{[ nb 3 ]} del motor de cohete limita la aceleración máxima que se puede diseñar. Resulta que los motores de cohete generalmente tienen relaciones empuje-peso realmente excelentes (137 para el motor NK-33 ; ^{[ 91 ]} algunos cohetes sólidos superan los 1000 ^{[ 2 ] : 442} ), y casi todos los vehículos de alta g emplean o han empleado cohetes.

Las elevadas aceleraciones inherentes a los cohetes implican que, a menudo, los vehículos cohete son capaces de despegar verticalmente y, en algunos casos, con un control y guiado adecuados de los motores, también de aterrizar verticalmente . Para que estas operaciones se lleven a cabo, es necesario que los motores del vehículo proporcionen una aceleración superior a la gravitatoria local .

Desde principios de la década de 2010, surgieron nuevas opciones privadas para obtener servicios de vuelos espaciales, lo que generó una presión de precios sustancial en el mercado existente. ^{[ 105 ] [ 106 ] [ 107 ] [ 108 ]}