در این تصویر زیبا خوشه بندی‌های موتورهای ماهواره بر سایوز را می‌بینید. خوشه بندی موتور به معنای استفاده بیش از یک موتور به صورت همزمان است و این باعث افزایش سطح رانش نسبت به یک تک موتور می شود و بدین روی از این روش برای بلند کردن محموله های سنگین در ماهواره بر‌ها به فضا و همچنین در موشک‌های قاره پیما (مثل SS-18 Satan) برای انتقال کلاهک‌های هسته‌ای چند تایی با بازده‌های چند صد کیلوتنی و بیشتر به صورت میرو استفاده می کنند. در بسیاری از طرح های بلوک شرق (شوروی سابق) از موتورهای خوشه ای استفاده می شود. مشهورترین آنها RD-180 است، یک طراحی بسیار موفق که روس‌ها تا به امروز آن را به آمریکایی‌ها میفروشند. در بعضی از خوشه بندی ها، تمام موتورها یکسان هستند، در برخی دیگر، انواع موتور را می توان ترکیب کرد. خوشه های دو، سه و چهار موتور متداول هستند. برای بیش از چهار خوشه نیاز به تکنولوژی پیشرفته تری است، به این دلیل که با استفاده از موتورهای بیشتر اطمینان پذیری کاهش پیدا می‌کند. هرچه جرقه زن ها (igniters) و منبع تغذیه بهتر باشد، خوشه ها از قابلیت اطمینان بیشتری برخوردار خواهد بود. موتورهای خوشه ای بر مرکز ثقل موشک تأثیر می گذارند و فضای اضافی برای نصب آنها می تواند مرکز فشار موشک را تغییر دهد و این طبیعتا باید در طراحی یک ماهواره بر و یک موشک پایدار قاره پیما در نظر گرفته شود. خوشه ها معمولاً به گونه‌ای چیده میشوند تا مرکز رانش را تا حد ممکن به خط مرکزی موشک نزدیک کنند تا در صورت اشتعال موتور، رانش نامتقارن محدود شود. اگر سه موتور در یک مثلث چیده شده باشند، همه باید منحنی رانش یکسانی داشته باشند، در غیر این صورت ماهواره بر یا موشک از مسیر خارج می شود. در یک خوشه چهار تایی، می توان با قرار دادن موتورها در گوشه های یک مربع به منحنی رانش یکسانی دست یافت. افزایش تعداد موتورها همچنین این امکان را ایجاد می‌کند که اگر چنانچه موتوری از کار بیفتد با دیگر موتورها بتوان به پرواز ادامه داد، در یک ماهواره بر تک موتوری این به معنای شکست ماموریت خواهد بود.
اما چرا نیاز مبرمی بر خوشه بندی موتورها وجود دارد؟ عمده‌ترین دلیل برای خوشه بندی، عدم پایداری احتراق در محفظه احتراق یا به عبارت دیگر عدم سوزش یکنواخت در محفظه احتراق است، بدین سبب نمیتوان ابعاد موتور یک راکت را هر چقدر که تمایل دارید افزایش دهید!
ناپایداری‌های به وجود آمده در محفظه دلایل گوناگونی دارند از جمله طراحی نامناسب انژکتورها، نوسان در فشار سوخت به هنگام ورود به انژکتور، وجود حباب‌ها در سوخت، وجود نوسانت در فشار پمپ ها، عدم ترکیب مناسب سوخت با اکسیدایزر، انفجارات موضعی و غیره. این ناپایداری‌ها در واقع بروز امواج اکوستیک در محفظه احتراق هستند و میتوانند ضعیف یا بسیار قوی باشند. فرکانس این امواج اکوستیک در سه دسته تقسیم میشوند. دسته اول بین ۱۰ تا ۴۰۰ هرتس، دسته دوم بین ۴۰۰ تا ۱۰۰۰ هرتس و دسته سوم بیش از ۱۰۰۰ هرتس می‌باشند.
ناپایداری‌هایی که در دسته سوم یعنی با انرژی بیش از ۱۰۰۰ هرتس در محفظه احتراق صورت میگیرند، خطرناک‌ترین و مخرب‌ترین نوع ناپایداری‌ها هستند. اگر روند احتراق موشک (با طراحی مناسب) کنترل نشود، در این صورت ناپایداری احتراق اتفاق می افتد که خیلی سریع باعث ایجاد نوسانات فشار بیش از حد مجاز شده که منجر به انفجار موتور میشود یا اینکه باعث انتقال بیش از حد گرما به یک طرف در محفظه احتراق میشود که ممکن است قطعات محفظه رانش را ذوب کند. هدف هر طراحی جلوگیری از وقوع این بی ثباتی ها و حفظ عملکرد قابل اطمینان موتور است. اگرچه پیشرفت زیادی در درک و جلوگیری از بی ثباتی احتراق حاصل شده است، اما موتورهای جدید هنوز هم می توانند گرفتار ناپایداری احتراق بشوند!
ناپایداری‌های دسته سوم باز خود به دو دسته تقسیم میشوند، ناپایداری‌های اکوستیک با مد‌های ترانسورزال که عمود بر محفظه و ناپایداری هایی با مد‌های لونگیتودینال که در راستای محفظه پدیدار میشوند. از این دو دسته باز خطرناک‌ترین‌شان پدیدار شدن مد‌های ترانسورزال هستند که در نهایت در کمتر از یک ثانیه باعث انفجار موتور میشوند.
برای درک و فهم بهتر و بیشتر کلیپ زیر را تماشا کنید و ببنید که طراحان موتور F-1 فضاپیمابر SATURN V چگونه با الهام از موشک V2 آلمانی که طرح ورنر فون براون این مهندس نابغه آلمانی بود، توانستند به یکی از بزرگترین مشکلات یعنی عدم پایداری احتراق پیروز بشوند. بر طرف شدن این مشکل کلید سفر به ماه آمریکایی‌ها در جولای ۱۹۶۹ بود!
