Наиболее эффективные современные двигатели, способные обеспечить передвижение вне атмосферы Земли, используют хорошо известный закон сохранения импульса, согласно которому сумма произведений масс механически взаимодействующих тел на их скорости остается постоянной. Как следствие, если от некоторого тела отбросить его часть, оставшаяся масса двинется в противоположную сторону (Айзек Азимов "Путь марсиан"), испытывая реакцию со стороны отброшенной части (отдачу), поэтому такие двигатели называют реактивными. Отбрасываемой частью, обычно называемой рабочим телом или реактивной массой, чаще всего служат продукты горения химического топлива, истекающие через сопло полузамкнутой камеры сгорания. Ясно, что чем больше масса и скорость истечения таких продуктов, тем более высокую скорость приобретает остающееся тело. "Ракеты... должны иметь высокую скорость истечения газов - для экономии горючего" (Ким Стенли Робинсон "2312"). В свою очередь, скорость истечения тем выше, чем больше давление и температура в камере сгорания. Требования к надежности конструкции, жаростойкость материалов этой камеры и характеристики топлива ограничивают максимальную скорость истечения несколькими километрами в секунду. Справка: первая космическая (круговая) скорость, при которой запускаемое с поверхности Земли тело может стать ее искусственным спутником на круговой орбите, равна 7,9 км/с. Если увеличивать скорость движения тела еще выше, то его орбита будет все более вытянутой и при скорости 11,2 км/с станет разомкнутой. При этом тело покидает поле притяжения Земли (ее гравитационный колодец, редко - шахту, как в переводе романа Иэна М. Бэнкса "Вспомни о Флебе"). Эта скорость называется второй космической (скоростью убегания). Для малых небесных тел обе скорости ниже, для больших массивных планет, напротив, выше. Иногда упоминают третью космическую скорость (скорость убегания из Солнечной системы), которая требуется для выхода из гравитационного поля (колодца) Солнца на орбите Земли, она равна 16,6 км/с. Эти скорости служат индикаторами той работы, которую надо проделать против сил гравитации, чтобы выйти в свободный полет (вырваться из гравитационного колодца). Термин "колодец" возник из формы потенциальной ямы, изображающей более низкую энергию находящегося в гравитационном поле тела по сравнению с энергией того же тела в свободном пространстве.
Чтобы всего лишь преодолеть земное притяжение, стартующие с поверхности и постепенно разгоняющиеся ракеты с реактивными двигателями должны нести с собой запас компонентов топлива, намного превышающий по массе полезную нагрузку. Это прямо следует из закона сохранения импульса и уравнений движения тела переменной массы. "Чтобы взлететь с планеты, особенно с Земли, нужны мощные стартовые двигатели" (Ким Стенли Робинсон "2312"). Для повышения конечной скорости дальних космических аппаратов их запускают с околопланетных орбит, куда доставляют с помощью ракет исходной массой в сотни и более тонн (Артур Кларк "Прелюдия к космосу"). По дороге при этом сбрасываются отработавшие стартовые ускорители (Роберт Силверберг "Вселенские каннибалы", Артур Кларк "Острова в небе") и первые ступени (Артур Кларк "Космическая Одиссея 2001"). Достигнутая таким образом максимальная скорость пока не превышает нескольких десятков км/с. При подобных значениях полет к Марсу и обратно займет несколько лет, что не внушает заметного оптимизма. Тем более этого явно недостаточно для достижения звезд, ближайшие из которых лежат в нескольких световых годах. Крайне желательное повышение скорости опять же наталкивается на жестко лимитированные запасы топлива, которое корабль может нести с собой. Топливо также расходуется при торможении аппарата, необходимом для его выхода на орбиту вблизи планеты назначения (Аластер Рейнольдс "Город Бездны") или мягкой посадки на поверхность (Артур Кларк "2061: Одиссея Три"), но уже для снижения относительной скорости.
