Дуже великі надії покладають конструктори ракетних двигунів на атомну енергію.
Під час ядерних реакцій утворюється потік частинок, що рухаються зі швидкостями тисячі кілометрів на секунду. Проте безпосереднє використання продуктів ядерного розпаду для створення реактивної сили невигідне, бо їхня маса дуже незначна. Реальніше застосувати якийсь інертний газ, що не вступає в хімічні реакції. Якщо, наприклад, пропускати водень через реактор, він нагріється і, дуже швидко витікаючи з сопла, створить реактивну тягу.
Та як передати енергію великій масі інертної речовини, що має бути вміщена в ракету, а потім викинута з великою швидкістю?
Оскільки інертний газ перебуватиме в ядерному реакторі дуже недовго, а теплоємність газу надто мала, то, щоб нагріти газ, його слід пропустити через якусь пористу речовину, яка має температуру реактора.
Технічно здійснити це ще дуже складно, бо з підвищенням температури керувати ядерним реактором стає все важче і виникає загроза вибуху реактора. До того ж існуючі нині жароміцні метали і сплави не дають змоги підвищити температуру в реакторі понад температуру горіння звичайних хімічних палив.
Можна уявити собі, що газ «робоче тіло «буде нагріватися в реакторі, відтак, рухаючись через різні його частини, дістане змогу розширюватися при сталій температурі. Швидкість витікання газу весь час зростатиме. Якщо сопло, через яке проходить газ, матиме достатню довжину, то газ набуде потрібної швидкості.
Однак створити таку конструкцію складно через малу теплопровідність газу. Можливо, всередину газу доведеться впорскувати невеликими порціями радіоактивні елементи, що безперестанку його підігріватимуть.
Є й ще один вихід із становища. Можна використати як інертне тіло відносно легкоплавкі метали чи ті, що добре випаровуються. Вони витікатимуть з меншою швидкістю, ніж газ, але через велику теплопровідність краще вберуть тепло реактора.
Побудувати атомну ракету далеко важче, ніж атомну електростанцію чи атомний криголам. Щоб запустити ракету вагою кількасот тонн на Місяць, треба створити реактор потужністю в мільйони кіловат. Проте немає нічого неймовірного в тому, що надалі буде створено куди потужніші реактори.
Можна використати енергію атома в ракетному двигуні і в такий спосіб «утворити тягу за рахунок викидання частинок, що утворюються під час радіоактивного розпаду. Такий двигун складався б із двох ізольованих платівок. Одну виготовлено із здатного розщеплюватись матеріалу, наприклад із радіоактивного ізотопу торію, другу «з берилію, що вбирає частинки, які несподівано вилетіли в той бік, де розташована апаратура. Можливо, такі двигуни з’являться в недалекому майбутньому. їх використають для утримання супутника на заданій орбіті.
Пропонують ще по-іншому використати атомну енергію: встановити на ракеті атомну електростанцію і утвореним струмом підтримувати вольтову дугу. В її полум’ї можна нагріти газ і примусити плазму, що утворюється, витікати через сопло. Якщо плазму оточити змінним магнітним полем, то швидкість витікання зросте і двигун дасть більшу тягу.
Але вольтова дуга дуже незручна через вигорання електродів. Тому висувають ідею іншого електроракетного двигуна. Пара цезію потрапляє на розжарену вольфрамову платівку і іонізується. Рух іонів прискорюється за допомогою електростатичного поля сітки, що стоїть на їхньому шляху до сопла. Щоб із ракети не витікав струмінь заряджених частинок, іони на виході «обстрілюються» електронами і знову стають нейтральними.
Можна утворювати два сорти іонів «позитивні іони лужних металів і негативні іони хлору, брому чи йоду. Тоді струмінь, що витікає, не матиме електричного заряду.
Частинки можуть набути розгону ще в прискорювачах, енергію для роботи яких дасть атомна чи сонячна електростанція. Створено такі прискорювачі, в котрих виникають частинки дуже високих енергій. Можна сподіватись, що побудова компактних прискорювачів для ракет стане реальністю.
В одному з проектів іонного двигуна для міжпланетних кораблів пропонується спрямувати іонізовані електронним бомбардуванням частинки газу в лінійний прискорювач. Проходячи послідовно через ряд кільцевих електродів, що живляться струмом високої напруги, вони набувають необхідної швидкості. Передбачено спеціальний пристрій для видалення електронів, що утворюються при іонізації газу.
Оскільки в практично вільному від тяжіння світовому просторі для руху ракет потрібна мала тяга, то невелика буде й витрата робочої речовини. За тривалої роботи двигуна і за сталого прискорення корабель зможе розвинути велику швидкість. Ракету з таким двигуном можна змонтувати на позаземній станції, за межами атмосфери.