Perché un razzo decolla?

Un razzo non si spinge contro l'aria o il suolo. All'interno della camera di combustione, carburante e ossidante bruciano ad alta pressione e il gas caldo fuoriesce da un ugello a diversi chilometri al secondo. Espellere quella massa all'indietro conferisce al veicolo una quantità di moto uguale in avanti. La forza risultante, la spinta, è pari al flusso di massa dello scarico moltiplicato per la sua velocità, più un piccolo termine di pressione all'uscita dell'ugello. Poiché la reazione proviene dallo scarico stesso, il principio funziona altrettanto bene nel vuoto, motivo per cui i razzi sono l'unico modo praticabile per raggiungere l'orbita.

Sulla rampa, il razzo decolla solo quando la spinta supera il suo peso. Il rapporto tra le due grandezze, il rapporto spinta-peso, è tipicamente tra 1,2 e 1,5 per i grandi lanciatori all'accensione: un Saturn V produceva circa 34 MN di spinta contro un peso di circa 28 MN e lasciava la rampa lentamente, guadagnando velocità mentre bruciava propellente e diventava più leggero. I motori vengono solitamente accesi alcuni secondi prima che i bracci di tenuta si rilascino, in modo che i controllori possano confermare che tutti funzionano a piena spinta.

Il lancio è solo l'inizio del lavoro. Raggiungere l'orbita richiede una velocità orizzontale di circa 7,8 km/s, quindi dopo una breve salita verticale il razzo s'inclina e trascorre la maggior parte della combustione accelerando lateralmente. Gli stadi vengono sganciati quando i loro serbatoi si svuotano, per eliminare peso morto, e lo stadio superiore continua a funzionare finché il veicolo non è abbastanza veloce che la sua caduta verso la Terra corrisponda alla curvatura del pianeta. Tutto in un lancio, dalla scelta dei propellenti alla ripida salita iniziale, deriva dalla necessità di convertire l'energia chimica immagazzinata in quella velocità nel modo più efficiente possibile.