Конструкции ракет-носителей, в значительной степени определяющиеся типом применяемого двигателя, справедливо относятся к вершинам технической мысли.
Существует так называемая формула Циолковского, согласно которой конечная скорость ракеты равна произведению скорости истечения реактивной струи на натуральный логарифм отношения масс заправленной и пустой машины. Величина первой космической скорости однозначно задана размерами и массой Земли и равна приблизительно 8 км/с. Скорость истечения реактивной струи для лучших существующих жидкостных ракетных двигателей (ЖРД) составляет около 4,5 км/с (чаще 3,8 км/с), а у твердотопливных - еще меньше. Следовательно, масса носителя с топливом должна быть, по крайней мере, в шесть раз больше, чем без топлива!
Конструкция носителей с ЖРД прошла долгий путь развития и совершенствования. Сначала нагрузки от двигателя (ускорение и вибрации) и набегающего воздушного потока воспринимал каркас, к которому крепились топливные баки. Потом - и это явилось колоссальным шагом вперед - воспринимать все нагрузки стали сами баки. Более того, их начали надувать, что позволило значительно облегчить конструкцию без снижения ее жесткости (вспомните насколько прочен надутый воздушный шарик).
Впереди ракеты находится отсек полезного груза. Выводимый на орбиту спутник, или космический корабль, или модуль орбитальной станции закрывается головным обтекателем, который защищает конструкцию от набегающего потока воздуха и, как правило, сбрасывается после прохождения плотных слоев атмосферы - на высоте около 40 км.
В двигательном отсеке, в хвостовой части, находятся маршевые и (если есть) рулевые двигатели с приводами. (Силовая конструкция этого отсека зачастую является той опорой, которая удерживает ракету на стартовом столе.) Здесь же устанавливается огневая защита, предотвращающая попадание в отсек газов, истекающих из двигателей (в лабиринте стартовых газоотводов и в разреженных верхних слоях атмосферы газы могут обволакивать корпус аппарата).
Управляют носителем в полете либо специальными рулевыми двигателями, либо поворачивая камеры или сопла маршевых агрегатов. На твердотопливных двигателях используют еще один способ: в сопло вдувают газ, смещая вбок реактивную струю.
Все современные ракета носители многоступенчатые. По мере выгорания топлива ступени с опустевшими баками отделяются от ракеты и падают на Землю. При этом заметно уменьшается масса аппарата, а кроме того, по мере подъема можно переходить на другое топливо и двигатели оптимальной для данной высоты конструкции - в разреженной атмосфере размеры сопла должны быть в несколько раз больше, чем у поверхности Земли.
Космическую технику приходится не только выводить в космос, но и возвращать на Землю. Спускаемые аппараты с экипажем и приборами на борту приземляются на парашютах. Попытки "спасти" отработанные первые ступени, оснастив их крыльями или парашютами, успехом не увенчались: системы после полета и приземления становятся ненадежными.
Поэтому избрали другой путь - создание аппаратов многоразового использования. В нашей стране был построен корабль "Буран", в США - серия космических челноков типа "Шаттл" различного назначения.
Многоразовые корабли напоминают реактивный самолет с треугольным крылом. Кабина экипажа герметизирована, а грузовой отсек в космосе может открываться, "выпуская" спутник или выгружая конструкции орбитальной станции. "Шаттлы" могут оснащаться стыковочным узлом с переходными отсеками, которые позволяют им причаливать к международной космической станции, строительство которой началось в 1998 году (или к ныне затопленной станции "Мир").
Запускают челноки при помощи пороховых ускорителей первой ступени и ЖРД - в него поступает горючее из огромного бака второй ступени. Ускорители и опустевший бак сбрасываются. Спуск на Землю осуществляется в режиме планирования, с выключенным двигателем. Система наведения сажает аппарат на аэродром, как обыкновенный самолет.
При входе в плотные слои атмосферы поверхность аппарата порой разогревается до 1000°C. Поэтому его носовая часть и передние кромки крыльев выложены керамическими плитками, спасающими кабину от перегревания, а саму конструкцию от разрушения.