La spinta del razzo è data dall'equazione

$$ F = \ dot {m} v_ {exit} + A_e (P_1 - P_2) $$

dove $ \ dot {m} $ è la portata massica, $ v_ {exit} $ è la velocità media del flusso di uscita attraverso il piano di uscita, $ A_e $ è l'area della sezione trasversale del getto di scarico sul piano di uscita, $ P_1 $ pressione statica all'interno del motore appena prima del piano di uscita e $ P_2 $ è la pressione statica ambiente ( ie pressione atmosferica).

A condizione che l'ugello non sia sovraespanso e la separazione del flusso non si verifica, $ A_e $ rimane costante e la differenza di spinta si realizza principalmente dalla variazione di $ P_2 $. Se l'ugello è sovraespanso al punto che si verifica la separazione del flusso, tuttavia, anche l'area del getto di scarico si riduce, causando ulteriori perdite.

Oltre alla risposta di Tristan, vorrei aggiungere qualche altro punto

La spinta nel razzo è uguale a $ T = \ dot m V $ (supponendo che l'ugello del razzo stia funzionando alla sua condizione ottimale)

La spinta è una forte funzione della velocità di scarico

$$ V = \ sqrt {\ frac {2 \ gamma R _ {{} ^ {\ circ}} T _ {{} ^ {\ circ}}} {(\ gamma -1) \ mu} \ sinistra (1- \ sinistra (\ frac {P_e} {P_c} \ destra) {} ^ {\ frac {\ gamma - 1} {\ gamma}} \ right)} $$

Questa equazione fornisce la velocità di scarico del razzo

La velocità di scarico è una funzione di $ \ left (\ frac { P_e} {P_c} \ right) {} ^ {\ frac {\ gamma -1} {\ gamma}} $ e per il vuoto $ P_e $ è quasi uguale a zero quindi il termine sopra si riduce a zero quindi la velocità di scarico è massimo

Per il livello del mare il termine sopra non si riduce a zero quindi la velocità di scarico è minore rispetto a quella nel vuoto

Quindi la spinta nel vuoto è maggiore di quella in mare livello (all'interno dell'atmosfera)

Ci sono molte ragioni per questo ...

1. Una è la resistenza atmosferica che è molto evidente
2. L'espansione dei gas passati dall'uscita dell'ugello è molto importante in decidere la spinta prodotta. In atmosfera normale, la pressione del gas all'uscita è negativa e quindi l'ugello è sottoespanso, il che produce una spinta minima. Nel vuoto, è sovra-espanso che produce una maggiore spinta.

Efficienza della campana del motore all'estremità dell'ugello.

La forma a campana consente al gas di espandersi ma questa forma è solitamente sintonizzata per la regione in cui opera il motore , vale a dire bassa quota + aria densa o alta quota + aria più rarefatta.

La forma a campana di solito è un compromesso, poiché man mano che il razzo sale l'aria si assottiglia. Allora cosa è meglio? Efficienza a bassa quota che peggiora man mano che il razzo sale sempre più in alto ... o bassa efficienza che migliora? Il progettista della missione e il progettista del motore l'hanno capito negli anni '50!

I motori funzionano meglio quando non c'è aria per la spinta del gas in espansione, sprecando spinta, ovvero " nello spazio ".

Non sono sicuro che la premessa della domanda - che tutti i motori a razzo forniscono più spinta nel vuoto - sia corretta.

Una caratteristica di progettazione dei motori aerospike è che superano proprio questo problema, per fornire livelli quasi uniformi di spinta sia dentro che fuori l'atmosfera. Per quanto ne so, non hanno mai volato per missioni orbitali, ma sono stati costruiti e sparati ampiamente su banchi di prova e modelli più piccoli hanno volato per i test.