thumb|Amerikkalainen Saturn I -kantoraketti. Kantoraketti on raketti, jolla laukaistaan hyötykuorma Maan pinnalta avaruuteen, tavallisesti vähintään kiertoradalle. Tyypillisiä hyötykuormia ovat satelliitit, luotaimet ja miehitetyt avaruusalukset. Kantorakettia käytetään vain laukaisun aikana, jonka jälkeen se irrotetaan hyötykuormasta.

Karkeistaen kantoraketti koostuu ajoainesäiliöistä, joiden nokassa on hyötykuorma ja perässä rakettimoottorit.

Avaruuslentojen alusta alkaen kantoraketit ovat olleet kertakäyttöisiä, mutta 2010-luvulla uudelleenkäytettävät kantoraketit tulivat voimakkaan kehityksen kohteeksi. Pisimmällä näistä on Falcon 9, joka oli 2020-luvulle tultaessa jo laajassa käytössä. SpaceX on tällä hetkellä ainoa yhtiö, joka tarjoaa monikäyttöisillä Falcon-perheen eri versioilla kaupallisia lentoja. Hyötykäytössä on kuitenkin edelleen laajasti myös kertakäyttöisiä raketteja.

Valtaosa kantoraketeilla avaruuteen lähetettävistä lasteista on miehittämättömiä satelliitteja. Miehitettyjen avaruusalusten laukaisemiseen käytetään vain varmatoimisiksi rakennettuja kantoraketteja. Uudelleenkäytettävällä kantoraketilla (Falcon ja Dragon) tehtiin menestyksellinen miehitetty (testi)lento kansainväliselle avaruusasemalle 30. toukokuuta 2020. Luotainraketit voidaan myös osin käyttää uudelleen, mutta ne ovat paljon pienempiä raketteja kuin kantoraketit.

Rakettiyhtälö Tsiolkovskin lain mukaan yksinkertainen raketti saa loppunopeuden

,

missä m on raketin massa ilman ajoainetta (polttoainetta ja hapetinta), mp ajoaineen massa ja vp palamiskaasujen purkautumisnopeus. Suhde

on raketin massasuhde, ja kehittyneimmissä raketeissa se on luokkaa 4–5. Osoittaja on laukaisumassa ja nimittäjä loppumassa. Käytettäessä vetyä polttoaineena on Vp tyypillisesti noin 4 km/s.

Monivaiheisuus Kun pakonopeus maan pinnalta avaruuteen on noin 11 km/s, ei sitä yksivaiheisella raketilla hevin saavuteta. Tämän vuoksi kantoraketteina käytetäänkin monivaiheraketteja, jotka koostuvat useammasta erillisestä mutta toisiinsa kytketystä vaiheittain käytettävästä raketista eli vaiheesta. Kun avaruusalus laukaistaan, aluksi käytetään vain ensimmäisen vaiheen ajoainetta. Kun se on palanut loppuun, voidaan ensimmäinen vaihe säiliöineen ja moottoreineen irrottaa kyydistä, jolloin päästään eroon suuresta kuolleesta massasta. Näin jatketaan, kunnes viimeisenkin vaiheen polttoaine on käytetty. Tällä tavalla saadaan raketti, jonka massasuhde on yksittäisten rakettien eli vaiheiden massasuhteiden tulo.

Lisäksi monivaiheisuus mahdollistaa optimoinnin ympäristön mukaan. Ensimmäinen vaihe lentää suurelta osin ilmakehässä, kun taas ylemmät vaiheet toimivat isolta osin jo tyhjiössä. Tämä vaikuttaa etenkin rakettimoottorin paisuntasuuttimen muotoon ja kokoon.

Kertakäyttöisissä kantoraketeissa käytetään tavallisesti useampia kertakäyttöisiä rakettivaiheita. Kantoraketissa voi olla jopa viisi tai useampia rakettivaiheita, mutta tyypillisesti niissä on korkeintaan 3–4 rakettivaihetta. Uudemmissa, Falcon 9:n kaltaisissa kantoraketeissa on vain kaksi vaihetta. Ballistisista ydinohjuksista muunnetuissa kantoraketeissa on tyypillisesti kaksi rakettivaihetta. Varsinaisten rakettivaiheiden lisäksi joissakin raketeissa käytetään tarpeen mukaan raketin kylkeen kiinnitettäviä booster-raketteja, joita käytetään rinnan pääraketin kanssa. Boosterit pudotetaan kyydistä ensimmäisenä. Varsinkin boostereita käyttävistä kantoraketeista voidaan kasata tarpeen mukaan lukuisia erilaisia laukaisuvariantteja. Avaruussukkula oli omanlaisensa laukaisukonfiguraatio: siinä oli ikään kuin yksi vaihe, itse sukkula, sekä kaksi booster-rakettia. Monivaiheisuuden virkaa toimitti irrotettava ajoainesäiliö, jossa itsessään ei ollut moottoreita vaan siitä syötettiin sukkulan moottoreita.

Avaruuslentokone vai kantoraketti Avaruusaikaa suunniteltaessa 1920–1950-luvuilla kaavailtiin lähinnä miehitettyjä avaruuslentokoneita. Tämä johtui osin ohjauselektroniikan puutteista, joiden takia avaruusraketin lentäjä nähtiin välttämättömäksi. Miehittämätön kantoraketti kehittyi V-2-ohjuksen kehitystyön pohjalta nopeasti. Satelliittien ja ihmisten laukaisuissa avaruuteen käytettiinkin miehittämättömiä kantoraketteja.

Teoriassa uudelleenkäytettävän avaruuslentokoneen tai kantoraketin etuna olisi lentokoneilmailuun verrattava kustannussäästö, mutta käytännössä tämä säästö ei ole osittainkaan realisoitunut. Avaruussukkula-järjestelmä oli uudelleenkäytettävä sen ulkoista ajoainetankkia lukuun ottamatta. Käytännössä vaati kuitenkin hyvin paljon työtä saada alus uudelleen laukaisukuntoon. Avaruudessa käyneitä uudelleenkäytettäviä avaruuslentokoneita ovat amerikkalaiset X-15 (vuosina 1959–1968) ja SpaceShipOne (2004), mutta ovat alikiertorata-sarjassa, kuten myös kapseli-rakenteinen New Shepard (2015). Falcon 9:n ensimmäinen vaihe käy laukaisun aikana yli avaruuden rajana pidettävän 100 kilometrin ja palaa takaisin toisen vaiheen jatkaessa kiertoradalle. thumb|650px|left|Eräiden kantorakettien ja avaruussukkulan kokovertailu. Kuvassa myös suunnitteilla olleet kantoraketit Ares I ja V.

Kantoraketteja

Nykyisin käytössä olevat kantoraketit

Ariane 5, kehittäjä: Euroopan avaruusjärjestö (European Space Agency, ESA, valmistaja ja myynti: Arianespace (kaupallinen käyttö ja ESAn suurten avaruusalusten laukaisija) Atlas V, Yhdysvallat Delta-rakettiperhe – Yhdysvallat (Boeing) Delta II, Yhdysvallat (NASAn käyttämä kantoraketti) Delta IV, Yhdysvallat (vain sotilaskäytössä) Delta IV Heavy, Yhdysvallat (vain sotilaskäytössä) Dnepr, Ukrainan avaruusjärjestö Falcon 1, Yhdysvallat, yksityinen (ei laukaisuja sitten vuoden 2009) Falcon 9, Yhdysvallat, yksityinen Falcon 9 Heavy, Yhdysvallat, yksityinen GSLV, ISRO H-II, Japanin avaruusjärjestö JAXA (kaupallista käyttöä) H-IIA H-IIB H3, Japani Kosmos-3M, Venäjä M-V, Japanin avaruusjärjestö JAXA (vain tiedeluotainten laukaisuun) Minotaur, Orbital Sciences Corporation Molnija, Venäjä NI, Japanin avaruusjärjestö JAXA Pegasus, Orbital Sciences Corporation, Yhdysvallat (kaupallinen käyttö) Pitkä Marssi, Kiinan avaruushallinto, Kiinan kansantasavalta Polar Satellite Launch Vehicle, Intian avaruusjärjestö (ISRO (kansallinen käyttö muutamin poikkeuksin)) Proton, Venäjä Rokot, Venäjä Štil, Venäjä Sojuz, Venäjän avaruusjärjestö Taurus, Yhdysvallat Titan IV, Yhdysvallat Tsyklon, Ukrainan avaruusjärjestö (kirjoitetaan myös Tsiklon). 70 % raketin osista on venäläistä alkuperää. Unha, Korean demokraattinen kansantasavalta Zenit, Ukraina, Sea Launch (Ukraina, Venäjä, Yhdysvallat – kaupallinen)

Kehitteillä olevia kantoraketteja Angara, Venäjä Ares I, NASA Ares V, NASA Tsyklon 4, Ukraina Vega – ESA, moottoreita testattu vuodesta 2006 alkaen, koelento vuonna 2011 tai 2012 VLS-1, Brasilian avaruusjärjestö Starship, SpaceX, Yhdysvallat, yksityinen

Käytöstä poistettuja Ariane 1, ESA Ariane 2, ESA Ariane 3, ESA Ariane 4, ESA Atlas, Yhdysvallat Atlas II, Yhdysvallat Delta III, Yhdysvallat Diamant, Ranskan avaruusjärjestö CNES Energija, Neuvostoliitto/Venäjän avaruusjärjestö Europa, ELDO Little Joe II, NASA N1, Neuvostoliitto, kuuraketin kehitystyö OTRAGin rakettikehitystyö, Saksan liittotasavalta (1975–1983) Paektusan, Korean demokraattinen tasavalta (1990-luku) R-7, Neuvostoliitto Saturn I, NASA Saturn IB, NASA Saturn V, NASA Starchaser 4 – raketti (?) Thor, Yhdysvallat Titan I, Yhdysvallat Titan II, Yhdysvallat Titan III, Yhdysvallat Tsyklon, Neuvostoliitto Tsyklon 2, Neuvostoliitto, Venäjä, Ukraina Tsyklon 3, Neuvostoliitto, Venäjä, Ukraina

Kantorakettien valmistajia

Yhtiö Kotimaa Onnistuneita laukaisuja Kommentteja Arianespace EU, pääkonttori Ranskassa 240+ Tuotteet oma ranskalainen Ariane 5, italialainen Vega (2011 alkaen) ja venäläinen Sojuz Antrix Intia Kymmeniä Tuotteita PSLV, GSLV. Jälkimmäisen ison kantoraketin intialaisen ylimmän rakettivaiheen kehitys päätyi vuonna 2010 kahteen epäonnistuneeseen laukaisuun. EADS Astrium Space Transportation EU Arianespacen teollinen pääurakoitsija Ariane 5 toteutus Eurockot Launch Services EU Useita, venäläisen Rokot-raketin myyntiyhtiö Omistaja EADS Astrium International Launch Services Yhdysvallat (ULA) ja Venäjä Noin 100 Venäläisen Proton-raketin myynti länsimaissa ISC Kosmotras Venäjä, Ukraina ja Kazakstan Orbital Sciences Corporation Yhdysvallat Kymmeniä Tuotteet Pegasus, Taurus ja Minotaurus SpaceDev Yhdysvallat Muutama? Omistaja Sierra Nevada Corporation SpaceQuest Yhdysvallat Ei yhtään? SpaceX Yhdysvallat200+,162 laskeutumista. Sea Launch Venäjä, Yhdysvallat, Ukraina, Norja 26 (yrityksiä 29) Omistaa yhtiön Land Launch, jonka laukaisut Baikonurista. Sea Launch on vuonna 2009 Yhdysvalloissa suoritustilassa. Rakettina venäläis-ukrainalainen Zenit. Starsem Ranska, Venäjä Kymmeniä Myy mm. ESAlle Sojuz-laukaisupalveluita United Launch Alliance Yhdysvallat, Boeing, Lockheed Martin Kymmeniä Delta IV, Atlas V

Länsimaiden rakettiteollisuuden vaikeudet avoimessa taloudessa Kantorakettiteollisuus syntyi 1950-luvulla ballistisia ohjuksia valmistavasta teollisuudesta, siksi raketteja oli pitkään vain Yhdysvalloilla ja Neuvostoliitolla. Muutkin toimijat (Eurooppa, Intia, Kiina, Ukraina) kehittivät omat kantorakettinsa ohjuksista. Myöhemmät toimijat – esimerkiksi Brasilia, Etelä-Korea – ovat lähinnä ostaneet teknologia Venäjältä.

Teollisuus toimi kullakin talousalueella kylmän sodan loppuun asti suojeltuna. 1990-luvun alusta lähtien Venäjä, Kiina ja pienemmässä määrin Intia ovat alkaneet viedä laukaisupalveluita, jonka jälkeen Yhdysvaltain rakettiteollisuus on keskittynyt palvelemaan vain kansallista NASAn ja puolustusministeriön luomaa markkinaa.

Länsi-Euroopan Arianespace Arianespace on jäänyt puun ja kuoren väliin. Vuonna 2010 Länsi-Euroopan Arianespace-yhtiö ajautui niin pahoihin talousvaikeuksiin Ariane 5 -kantorakettinsa myynnin ja tuotantokustannusten kanssa, että yhtiö vaatii 100 miljoonaa euroa vuodessa subventioita Euroopan avaruusjärjestöltä (European Space Agency, ESA) – tämä tuki korvaisi suuremman juuri päättyneen monivuotuisen tuen.https://archive.today/20120526031242/http://spacenews.com/civil/110114-esa-arianespace-finances.html Kevättalvella Euroopan avaruusjärjestö hyväksyi Arianelle 120 miljoonaa euroa/vuosi tuen kahdeksi vuodeksi ja Ranska on panostamassa muutama sata miljoonaa euroa Ariane 5:n seuraajan kehittämiseen. Kesällä 2011 Arianespace alkoi avoimesti mainostaa Ranskan vientiluottoyhtiön Cofacen matalakorkoisten luottojen käyttöä rakettilaukaisujen ostossa, inflaation kiihtyessä matala korko yhdistettynä pitkään maksuaikaan tuo ostajalle alennuksen hinnassa.http://www.spacenews.com/launch/110708-arianespace-rethinking-dual-launch-strategy.html

Yhdysvaltain kantorakettimarkkinat Yhdysvaltain 1990-luvulla kylmän sodan lopun aseteollisuuden laman korjauksena kehitetty EEVL, kehittynyt kertakäyttöinen suuri kantoraketti, eli käytännössä ULA-konsortion (Boeing ja Lockheed Martin) Atlas V- ja Delta IV -kantoraketit on myös huonossa taloustilanteessa vaikka näitä raketteja ei lainkaan myydä vapailla markkinoilla eli eivät kohtaa kilpailua. Atlas V kantorakettilaukaisun hinta vuosina 1999–2010 oli 100–125 miljoonaa dollaria, mutta syyskuussa 2010 sopimushinta oli jopa 334 miljoonaa dollaria.https://archive.today/20120526031244/http://www.spacenews.com/civil/110204-engine-costs-drive-atlas5-prices.html ULA-konsortion myymien rakettien hinta on noussut jopa 50 % neljässä vuodessahttp://articles.orlandosentinel.com/2011-06-26/news/os-military-missile-business-20110626_1_spacex-satellites-united-launch-alliance , mikä kertoo yritysten tulojen tarpeesta avaruusalus- ja rakettihankkeiden lukumäärän vähetessä muun muassa avaruussukkulan käytöstä poistumisen vuoksi.