Чему равен КПД ракетного двигателя?

Кпд ракетного двигателя на химическом топливе ничтожен, менее одного процента. Рассчитывается он так. Пусть в камере сгорает водород в среде кислорода. Выделяющееся при сгорании тепло рассчитывается как Q=mH, где m - массовый расход топлива, H - теплота сгорания. С другой стороны, вылетающая из сопла струя газов обладает кинетической энергией Е=mv²/2. А кпд равен отошению кинетической энергии к выделившемуся теплу η=E/Q=v²/(2H). При реакции горения водорода в кислороде выделяется ежесекундно 10.8 Мдж/куб. метр тепла. Разделив эту цифру на плотность водорода 0.09кг/куб. метр, получаем искомую величину Н=120Мдж/кг. Скорости истечения газов в современных ракетах на химтопливе не превышают 4.5 км/сек. Если в расчете исходить из этой предельной цифры, то получим кпд=0.94%. А в реальности кпд будет еще ниже, т. к. 1) в ракетах в качестве топлива используется все же не водород, имеющий максимальное тепловыделение, а иные вещества с заметно более худшими характеристиками, 2) скорости истечения газов из сопла в реальности заметно ниже использованной цифры 4.5 км/сек.
Такой низкий кпд ракетного двигателя на химтопливе является следствием того факта, что химическая энергия топлива выделяется вначале в форме тепла, и лишь затем это тепло переходит в кинетическую энергию газовой струи в сопле. А вследствие того, что весь процесс перехода тепловой энергии в кинетическую происходит в течение нескольких миллисекунд или даже еще меньше, у тепла просто не хватает времени, чтобы более-менее полно преобразоваться в кинетическую энергию.
Чтобы повысить кпд ракетного двигателя, надо отказаться от промежуточной тепловой формы и преобразовывать исходную химическую энергию (или ядерную) сразу в кинетическую энергию газовой струи. То есть надо отказаться от нагрева. Такие двигатели получили название ионных. В них рабочее тело вначале ионизируется, а затем ионы разгоняются в сопле электрическими и магнитными полями до очень высоких скоростей, исчисляемых десятками или даже сотнями км/сек. Поэтому для ионных двигателей кпд оказывается заметно выше (на уровне 30-50%), что позволяет заметно сократить расход рабочего тела. Но большой недостаток ионных двигателей состоит в их малых значениях силы тяги. Лучшие образцы ионных двигателей развивают тягу не более нескольких граммов. Следовательно, они не годятся для старта с земной поверхности. Но, когда корабль уже вышел в открытый космос, там ионные двигатели могут прекрасно работать.