Perché un razzo decolla in verticale?

La parte più densa dell'atmosfera si trova nei primi 10–15 km. Un razzo che si inclinasse presto trascorrerebbe molto più tempo in quell'aria densa, pagandone il prezzo in resistenza aerodinamica, riscaldamento e carichi strutturali su un veicolo che è essenzialmente un serbatoio a parete sottile. Salire in verticale nei primi dieci-venti secondi porta il razzo rapidamente oltre la parte peggiore e lo allontana anche dalla torre di lancio e dalle infrastrutture della rampa prima che inizi a virare.

L'orbita non è una questione di altezza ma di velocità. A 200 km di quota un veicolo spaziale deve viaggiare a circa 7,8 km/s parallelamente alla superficie, in modo che la sua caduta verso la Terra sia compensata dalla curvatura del pianeta. Quasi tutta l'energia di un razzo va quindi nella velocità orizzontale. Poco dopo il decollo il sistema di guida inclina il veicolo di pochi gradi, e da quel momento in poi è la gravità stessa a compiere la maggior parte della rotazione: la traiettoria si curva naturalmente in quella che gli ingegneri chiamano gravity turn, finché lo stadio superiore non spara quasi orizzontalmente al momento dello spegnimento. Virare troppo tardi spreca propellente combattendo la gravità più del necessario; virare troppo presto lo spreca combattendo l'aria.

I profili di lancio vengono calcolati per bilanciare queste due perdite. I veicoli con un rapporto spinta-peso più basso salgono più a lungo prima di inclinarsi, mentre razzi più leggeri e potenti possono iniziare la loro virata prima. Le traiettorie rispettano anche vincoli come far cadere gli stadi esauriti in zone oceaniche sicure e, per i voli con equipaggio, garantire che un abort in qualsiasi momento porti a condizioni sopravvivibili. I sistemi lanciati dall'aria e gli spazioplani funzionano diversamente, ma ogni razzo che ha raggiunto l'orbita da una rampa ha iniziato andando dritto verso l'alto, per poi virare per inseguire la velocità.