Perché un razzo parte così velocemente?

L'immagine di un razzo che parte come un proiettile inganna. Nei primi secondi, un grande lanciatore si muove lentamente: la spinta supera il peso solo del 20-40%, e l'accelerazione netta è di pochi metri al secondo quadrato, meno di un'auto sportiva. L'impressione di essere sparati nasce dal fatto che questa accelerazione aumenta costantemente. Il motore brucia tonnellate di carburante al secondo, la massa diminuisce, e la stessa spinta muove sempre meno chilogrammi. Alla fine del primo stadio, il carico può arrivare a 3 o 4 g, motivo per cui alcuni veicoli riducono la potenza prima della separazione degli stadi.

La spinta dipende da quanta massa il motore espelle e a quale velocità esce. Un motore a cherosene e ossigeno liquido espelle gas a circa 3 km/s; un motore a idrogeno, a circa 4,4 km/s. Questa velocità di scarico determina quanta velocità il razzo può guadagnare per chilogrammo di carburante bruciato, e spiega perché si accettano serbatoi enormi: per raggiungere l'orbita è necessaria una velocità effettiva di circa 9,4 km/s, inclusa la velocità orbitale stessa e le perdite per gravità e resistenza dell'aria.

Tutto il processo è programmato. Il veicolo attraversa il punto di massima pressione dinamica tra 60 e 90 secondi, momento in cui la potenza viene spesso ridotta per proteggere la struttura; dopo di che l'atmosfera si fa più rarefatta, e può accelerare senza resistenza. Gli stadi vengono sganciati non appena si esauriscono, cosicché l'ultimo motore muove solo una frazione della massa originale. Questa sequenza trasforma una partenza lenta in una velocità orbitale di 7,8 km/s in meno di dieci minuti.