Qu'est-ce qu'une fusée ?

Un moteur-fusée fonctionne selon la troisième loi de Newton : s'il expulse du gaz vers l'arrière à grande vitesse, il reçoit une poussée égale et opposée vers l'avant. Contrairement à un moteur à réaction, qui puise l'oxygène de l'atmosphère pour brûler son carburant, une fusée transporte à la fois son carburant et son oxydant. Cette indépendance par rapport à l'air lui permet de fonctionner dans le vide de l'espace, mais l'oblige aussi à transporter une masse énorme : dans un lanceur orbital classique, plus de 85 % de la masse sur le pas de tir est constituée d'ergols.

Les fusées à propergol solide, héritières des feux d'artifice chinois du XIIIe siècle, mélangent carburant et oxydant en un seul bloc qui brûle d'un coup ; elles sont simples et puissantes mais ne peuvent être coupées ni modulées. Les fusées à propergol liquide, mises en vol avec succès pour la première fois par Robert Goddard en 1926, pompent deux fluides séparés dans la chambre de combustion, comme du kérosène ou de l'hydrogène avec de l'oxygène liquide ; elles sont plus complexes mais peuvent être modulées, coupées et rallumées, ce qui les rend indispensables pour les manœuvres et l'atterrissage. Les hybrides combinent un carburant solide avec un oxydant liquide et occupent une petite niche.

Atteindre l'orbite terrestre basse nécessite environ 7,8 km/s, plus les pertes dues à la gravité et à la traînée. Aucune fusée à un seul étage n'y parvient avec une charge utile raisonnable, c'est pourquoi les lanceurs sont divisés en étages qui se séparent une fois consumés, allégeant l'engin. Les tailles vont des fusées-sondes de quelques mètres de long à des géants comme la Saturn V ou le Starship ; dans tous les cas, l'équation de Tsiolkovski relie la vitesse atteignable à la vitesse d'éjection des gaz et à la fraction de masse brûlée.