Un moteur-fusée est un moteur capable de propulser un engin dans l'espace. Contrairement aux moteurs des voitures ou des avions, il n'a pas besoin de l'air de l'atmosphère pour fonctionner. Il emporte avec lui son carburant et son comburant, ce qui lui permet de produire une poussée même dans le vide spatial.

Le fonctionnement d'un moteur-fusée repose sur la troisième loi de Newton, souvent résumée par la phrase : « à toute action correspond une réaction égale et opposée ». Les gaz produits par la combustion sont expulsés à très grande vitesse vers l'arrière par une tuyère. En réaction, la fusée est propulsée vers l'avant. Cette force est appelée la poussée.

Dans un moteur-fusée chimique, le carburant et le comburant sont injectés dans une chambre de combustion. Leur réaction libère une énorme quantité d'énergie et produit des gaz extrêmement chauds. Ces gaz sont accélérés dans une tuyère, dont la forme permet d'augmenter encore leur vitesse avant leur éjection. Plus les gaz sont expulsés rapidement, plus la poussée est importante.

Il existe plusieurs types de moteurs-fusées. Les moteurs à propergol liquide utilisent des réservoirs contenant séparément le carburant et le comburant. Ils peuvent être allumés, arrêtés et parfois redémarrés plusieurs fois. Les moteurs à propergol solide contiennent un mélange solide déjà prêt à brûler. Ils sont plus simples et très puissants, mais ils ne peuvent généralement pas être arrêtés une fois allumés.

Les moteurs-fusées sont utilisés pour lancer des satellites, envoyer des sondes vers les autres planètes, ravitailler les stations spatiales ou transporter des astronautes. Certaines fusées modernes possèdent plusieurs étages qui se séparent progressivement afin d'alléger le véhicule pendant son ascension.

Ces moteurs développent des puissances gigantesques. Au décollage, les gaz expulsés atteignent des vitesses de plusieurs kilomètres par seconde et leur température peut dépasser 3 000 °C. Les chambres de combustion et les tuyères doivent donc être refroidies efficacement afin d'éviter leur destruction.

Les ingénieurs développent également d'autres systèmes de propulsion spatiale, comme les moteurs ioniques, qui utilisent l'électricité pour accélérer des ions. Leur poussée est très faible, mais ils sont extrêmement économes en carburant et peuvent fonctionner pendant plusieurs années dans l'espace.

Les moteurs-fusées représentent l'une des plus grandes réalisations de l'ingénierie moderne. Sans eux, l'exploration spatiale, les satellites de communication, les missions scientifiques et les voyages vers la Lune ou les autres planètes seraient impossibles.