Por que um foguete decola tão rápido?

A imagem de um foguete disparado como uma bala engana. Nos primeiros segundos, um grande lançador se move lentamente: o empuxo supera o peso apenas em 20 a 40%, e a aceleração líquida é de poucos metros por segundo ao quadrado, menos que um carro esportivo. A impressão de ser disparado surge porque essa aceleração aumenta constantemente. O motor queima toneladas de combustível por segundo, a massa diminui, e o mesmo empuxo move cada vez menos quilogramas. No final do primeiro estágio, a carga pode chegar a 3 ou 4 g, razão pela qual alguns veículos reduzem a potência antes da separação de estágio.

O empuxo depende de quanta massa o motor expele e com que velocidade ela sai. Um motor de querosene e oxigênio líquido expele gás a cerca de 3 km/s; um motor de hidrogênio, a cerca de 4,4 km/s. Essa velocidade de exaustão determina quanta velocidade o foguete pode ganhar por quilograma de combustível queimado, e explica por que tanques enormes são aceitos: para alcançar a órbita é necessária uma velocidade efetiva de cerca de 9,4 km/s, incluindo a própria velocidade orbital e as perdas por gravidade e resistência do ar.

Todo o processo é programado. O veículo passa pelo ponto de pressão dinâmica máxima entre 60 e 90 segundos, quando a potência costuma ser reduzida para proteger a estrutura; depois a atmosfera se torna mais rarefeita, e ele pode acelerar sem resistência. Os estágios são descartados assim que se esgotam, de modo que o último motor move apenas uma fração da massa original. Essa sequência transforma uma decolagem lenta em uma velocidade orbital de 7,8 km/s em menos de dez minutos.