Perché un razzo viene lanciato nello spazio?

Il confine dello spazio, generalmente fissato a 100 km (la linea di Kármán), si trova a sole circa un'ora di automobile in verticale. Non è difficile raggiungerlo per la distanza, ma per la velocità necessaria a rimanerci. Un oggetto che sale soltanto fino a 100 km ricade in pochi minuti. Per restare in orbita deve muoversi orizzontalmente a circa 7,8 km/s (28.000 km/h), abbastanza velocemente da far curvare il suolo sotto di sé mentre cade verso la Terra. Raggiungere questa velocità, compensando al contempo l'energia persa per gravità e resistenza dell'aria durante la salita, è l'intero scopo di un lancio.

I motori degli aerei hanno bisogno di aria da respirare, e le ali hanno bisogno di aria per generare portanza; sopra circa 30 km ce n'è troppo poca di entrambe. Un razzo porta con sé il proprio ossidante e funziona secondo la terza legge di Newton: espelle gas caldo all'indietro a diversi chilometri al secondo, e il veicolo viene spinto avanti con la stessa forza. Questo funziona altrettanto bene nel vuoto, motivo per cui i razzi sono l'unica propulsione capace di gestire l'intera salita. Il prezzo da pagare è la massa: un razzo orbitale è tipicamente composto per l'85-90 per cento da propellente al momento del lancio, quindi gli ingegneri scartano i serbatoi vuoti a stadi, per evitare di accelerare peso morto.

Un lancio inizia in verticale, per attraversare rapidamente lo strato d'aria più denso, e poi si inclina in una virata gravitazionale, in modo che la maggior parte della spinta venga usata per accumulare velocità orizzontale. Dopo due a dieci minuti, l'ultimo stadio si spegne alla velocità prevista, e il carico utile è in orbita. Per andare oltre, verso la Luna o i pianeti, occorre aggiungere ancora qualche chilometro al secondo, motivo per cui le sonde interplanetarie sono piccole rispetto ai razzi che le trasportano.