Pourquoi les fusées décollent-elles à la verticale ?

L'atmosphère concentre la plus grande partie de sa masse dans les 10 à 15 premiers kilomètres. Une fusée qui avancerait à l'horizontale parcourrait des centaines de kilomètres dans cet air dense, au prix d'une résistance aérodynamique et d'un échauffement considérables. En montant à la verticale, en à peine une minute la pression ambiante tombe à une fraction de celle du niveau de la mer, et l'engin peut accélérer avec des pertes bien plus faibles. C'est pourquoi le moment de pression dynamique maximale, le fameux max-Q, survient encore assez bas, entre 60 et 90 secondes après le décollage, et à partir de là l'air cesse d'être le principal problème.

Un lanceur est essentiellement un tube aux parois très fines rempli d'ergol. Il est rigide et résistant quand la charge entre par son axe, comme un pilier, mais très fragile face aux efforts latéraux. Décoller à la verticale aligne la poussée des moteurs, le poids et le flux d'air sur cet axe. De plus, une fusée n'a pas d'ailes : elle ne génère pas de portance, donc courir sur une piste ne lui serait d'aucune utilité. La seule chose qui la soutient est la poussée, et cette poussée doit dépasser le poids dès le premier instant.

La verticalité ne dure pas longtemps. Quelques secondes après le décollage, l'engin entame un virage doux, le virage gravitationnel, qui exploite la gravité elle-même pour incliner progressivement la trajectoire sans contraindre la structure. À la fin de la montée, la plus grande partie de la vitesse est horizontale, environ 7,8 km/s pour une orbite basse, car se mettre en orbite ne consiste pas à monter beaucoup, mais à aller très vite sur le côté. Il existe des exceptions qui confirment la règle : des lanceurs comme Pegasus sont lâchés depuis un avion en vol horizontal, mais dès qu'ils allument leur moteur, ils piquent eux aussi vers le haut.