Por que um foguete é lançado para o espaço?

O limite do espaço, geralmente fixado nos 100 km (a linha de Kármán), fica a apenas cerca de uma hora de carro na vertical. Não é difícil alcançá-lo por causa da distância, mas sim da velocidade necessária para aí permanecer. Um objeto que apenas suba até 100 km cai de volta em poucos minutos. Para permanecer em órbita, tem de se mover horizontalmente a cerca de 7,8 km/s (28.000 km/h), rápido o suficiente para que o solo se curve por baixo dele enquanto cai em direção à Terra. Atingir essa velocidade, e ao mesmo tempo compensar a energia perdida pela gravidade e pela resistência do ar durante a subida, é todo o propósito de um lançamento.

Os motores de avião precisam de ar para respirar, e as asas precisam de ar para gerar sustentação; acima de cerca de 30 km há muito pouco de ambos. Um foguete transporta o seu próprio oxidante e funciona segundo a terceira lei de Newton: expele gás quente para trás a vários quilómetros por segundo, e o veículo é impulsionado para a frente com a mesma força. Isso funciona igualmente bem no vácuo, razão pela qual os foguetes são o único sistema de propulsão capaz de cumprir toda a subida. O preço é a massa: um foguete orbital é tipicamente composto por 85 a 90 por cento de combustível no lançamento, pelo que os engenheiros descartam os tanques vazios por estágios, para evitar acelerar peso morto.

Um lançamento começa na vertical, para atravessar rapidamente a camada de ar mais densa, e depois inclina-se numa curva gravitacional, de modo que a maior parte do impulso seja usada para ganhar velocidade horizontal. Após dois a dez minutos, o último estágio desliga-se à velocidade pretendida, e a carga útil fica em órbita. Para ir mais longe, até à Lua ou aos planetas, é preciso acrescentar ainda mais alguns quilómetros por segundo, razão pela qual as sondas interplanetárias são pequenas em comparação com os foguetes que as transportam.