原子能推進火箭
化學燃料火箭發動機，必須攜帶燃料和氧化劑。（“土星-5號”有兩種燃料：汽油和液氫）。兩種液體混合起來燃燒,高溫氣體就從噴口裏噴出來。噴出的氣體越多，噴射速度越大，火箭就飛得越快。
設想的原子能推進火箭，也有一個“燃燒室”，這個“燃燒室”稱為反應室。鈾-235的某種鹽類溶液從幾個燃料庫輸人到反應室中時，開始鏈式反應，鈾原子核不斷地進行分裂,產生40001以上的高溫，在這種溫度下，水分解成氫和氧，這種灼熱的氣流以每秒10000米的速度衝出排氣口。它的速度是任何化學燃料所不能達到的。據計算，1千克鈾可以產生比1千克汽油多100萬倍的熱能。一台原子能發動機的功率幾乎相當於美國華盛頓全市使用的能量。所以原子能火箭可能是人類進行宇宙旅行的一種重要工具。
化學火箭隻能獲得每秒4千米左右的噴出速度，即使采用了目前尚未使用的液氟做氧化劑、使其與液氫組成高能推進劑，把燃燒溫度提髙到3800攝氏度。
原子火箭發動機的結構簡圖速度提高到每秒47千米。這可能已經達到化學火箭性能方麵的極限。要想進一步提高噴出速度，就需要采用核反應的能量，研製出新型的原子火箭。
原子火箭所以能夠達到比化學火箭更高的噴出速度，主要是由於核反應過程中放出的能量遠遠大於燃燒過程的化學反應。我們知道，任何化學元素都由原子核和圍繞核而旋轉的電子層所組成。燃燒的過程，隻不過是使元素的電子層發生變化；而核反應的過程，則是使原子核本身發生變化。核反應有兩種：一是重原子核的裂變，二是輕原子核的聚變。重核裂變是指像鈾235這樣的重原子核，在中子的衝擊下發—子的破裂，形成具有中等原子量的新元素，同時生成一定數量的自由中子，繼續去轟擊未分裂的重原子核，產生鏈式分裂反應。在裂變過程中伴隨放出核結合能。而輕核聚變是指像氫這樣的輕原子核，被加熱到1億攝氏度的極高溫度，使原子核具有了很高的熱動能，那麼這時原子核相互碰撞就能產生核的聚變，生成新的較重的原子核，同時放出比裂變更大的能量。核的聚變由於要在髙溫下進行，所以又稱熱核反應。利用熱核反應的核彈，通常稱為氫彈。
原子火箭所采用的核反應，就目前的技術水平來看，隻能是利用重核的裂變。因為目前已經有辦法對裂變過程加以控製，而還不能對熱核反應加以控製。重核裂變過程中放出的核的結合能，大約要比燃燒過程中放出的改變電子層的能量大100萬倍。這樣，利用核反應能量的火箭，在性能上就可以比化學火箭大大提高。
原子火箭發動機和液體化學火箭發動機沒有多大區別，所不同的就在於燃燒室由一個核反應堆所代替。核火箭發動機最好使用液氫作為工質，用渦輪菜把它從液氧箱壓往由鈾忍5和鈈239等核裂變物質組成的反應堆，當它在反應堆通過時被核反應放出的能量所加熱，然後通過?膨脹加速，以很高的速度從噴口噴出，產生推力。液氫在壓入反應堆之前，要先從噴管的夾套外壁中流過，一麵腳蒲和推力的炙熱的壁麵，一麵從瓶態變成氣態。
雖然核反應釋放的能量很大，但是由於受到反應堆結構材料強度的限製，反應堆內活性區的溫度，一般隻能達到2200~2700攝氏度左右，被它加熱的氫氣離開反應堆時，溫度可達2000~2500攝氏度。這樣，通過噴管的膨脹加速以後，氫氣從火箭噴口的噴出速度，可以比高能化學火箭高一倍左右：海平麵為每秒7千米，真空中達到每秒8千米。
由於噴出速度提高了，原子火箭能運載有效載荷的比例，要比相同重量的化學火箭為髙，並且隻要用單級火箭，便可以發射人造地球衛星。不過由於核反應所帶來的放射性汙染問題，目前研究中的方案，主要用作巨型空間的第三級，使其在遠離大氣層的外層空間工作。
原子火箭的關鍵是研製出合用的原子反應堆，它比地麵反應堆的要求高，例如原子火箭上的反應堆應當在一分鍾內達到最大功率，而地麵的工業反應堆則需要幾個小時才能運轉到最大功率。所以原子火箭在很大程度上受原子技術發展的限製。國外這方麵的研究工作，大約是從50年代中期開始的，這時正是世界上初次建成原子發電站的時期。後來，隨著核動力航空母艦和核潛艇的發展，對利用核動力積累了一定的經驗，推動了原子火箭的發展。雖然原子火箭結構上的困難程度，要大大超過化學火箭，但是由於它在性能方麵顯著的優點，人們對它的今後發展，還是抱有期望。國際上在這方麵還是開展了不少研究工作。美國從60年代初期就研製“奈瓦”式原子火箭發動機。這種火箭發動機的設計推力為34噸，原子反應堆的功率為1500兆瓦，反應堆平均溫度為2100攝氏度，能夠達到825秒的比衝。在1969年的地麵運轉試驗中，這種火箭發動機已經達到設計推力的左右，工作時間持續了3分半，反應堆的功率達到1100兆瓦。它在8天中做了轉試驗，總共工作時間達到3小時48分，證明了原子火箭發動機能移正常地運轉工作。下一步的工作，就是要讓原子火箭發動機作飛行試驗。可以說，原子火箭發動機設計方麵的一些基本困難問題，如：反應堆的結構是否能在髙溫和高壓下保持正常工作，能否具有多次啟動的能力，以及是否能保持穩定而可靠地工作等等，都已經有了初步的解決，允許在這個基礎上進一步發展出可供飛行的火箭。