重力ターン方式
ロケットの操舵システムは、ロケットを目的の方向に向ける制御システムと、所与のターゲットに到達するためにロケットを向けるべき方向を決定する誘導システム(英語版)の二つに分けられる。ターゲットは、弾道ミサイルのように地上のある地点とする場合と、ロケットの場合のように特定の軌道とする場合とがある。
重力ターン軌道は操舵に最小限の推力しか要しないが、可能な軌道のうち最も効率的な打ち上げ・着陸軌道になるとは限らない。重力ターンに影響を及ぼすいくつかの要因により効率が低下したり、打ち上げロケットの設計上の制限のために不可能である場合もある。影響要因を以下に簡単にまとめる。
大気 — 重力損失を最小限に抑えるためには、上昇開始後にすぐ水平方向に加速を始める必要がある。月のような大気のない天体では問題にならないが、大気が濃密な天体では機体が大気の抵抗を受けるため不可能である。ダウンレンジ加速を開始する前に高高度まで垂直上昇すれば空力損失は減らせるが重力損失は増え、逆にダウンレンジ加速を早期に開始すれば重力損失を減らせるが飛行中の空力損失を増えるというトレードオフが存在する。
最大動圧 — 大気に関連する別の影響として、打ち上げ中にロケットにかかる最大動圧が挙げられる。動圧は、大気の密度と機体の対気速度の両方に依存する。離昇直後は、機体の速度上昇の影響は大気密度の低下の影響よりも大きく、動圧は上昇していく。速度上昇による動圧上昇と大気密度低下による動圧低下がつりあう点で圧力は最大となり、この点を最大動圧点 (max-Q) と呼ぶ。ロケットの機体はこの最大応力に耐えるように建造する必要がある。前項と同様、より厚い大気のもとで加速することを避けようとして加速を始める前に高高度まで上昇すると重力抗力は大きくなり、より低い高度で大きく加速すると打ち上げ時に発生する最大動圧が高くなるため機体の強度を高めなければならず、打ち上げロケットが重くなるというトレードオフが存在する。