On remarque qu'une autre force est exercée sur la fusée durant son vol, il s'agit en effet de la résistance de l'air, qui s'oppose à l'avancement de la fusée dans celui-ci. Elle dépend du vent relatif, qui est la somme du vent créé par la vitesse de la fusée (vent vitesse), que nous pouvons percevoir à vélo par exemple, mais aussi du vent météo, celui que nous pouvons ressentir quotidiennement, même à l'arrêt.
La résistance de l'air s'applique à un point nommé Centre de Poussée Aérodynamique (CPA) généralement situé au niveau du haut des ailerons.
Cette force peut différer selon la géométrie de la fusée (taille, forme et placement des ailerons...). Dans la majorité des cas, la résistance à l'air comprend deux composantes : R = RA + RN
avec RA la traînée qui s'applique parallèlement à la fusée
RN la portance qui 'applique perpendiculairement à la fusée et ses ailerons.
Il est donc un enjeu majeur pour permettre un vol optimal à la fusée et dans le but qu'elle suive la trajectoire qui lui a été destinée, d'absorber, d'éviter ou de contrer un maximum cette force.
Tout d'abord, avant même de penser aux déviations que pourrait subir la fusée, il faut réfléchir à la meilleure manière de concevoir la fusée, la meilleure forme de bouteille pour que cette dernière ne soit pas ou soit le moins possible freinée par le vent vitesse et donc par sa traînée.
Pour cela, on peut aller voir les fusées déjà existantes, mais aussi certaines voitures ou mêmes les avions et de nombreux autres moyens de transport construits de telle sorte que le vent doit les freiner le moins possible. Le but, rappelons-le, est donc de chercher une forme qui limite le plus la surface de la fusée directement en contact avec le vent vitesse. Il va donc falloir éviter les surfaces qui vont s'opposer perpendiculairement à ce vent et pour cela la meilleure solution est de proposer une forme arrondie, la plus fine possible à son bout et qui s'élargit au fur et à mesure et en se terminant aussi de manière assez arrondie : il s'agit d'une ogive, forme particulièrement aérodynamique utilisée notamment dans la Citroën DS ou l'Airbus A380 par exemple. Il existe différents types d'ogives, entre la conique, l'hémisphérique et la parabolique, mais c'est la parabolique qui réduit le plus la traînée de la fusée à une vitesse subsonique (en-dessous de la vitesse du son), c'est donc celle-ci que l'on va privilégier et essayer de reproduire le plus fidèlement pour notre fusée.
Ensuite, il faut aussi trouver un moyen pour que la fusée ne soit pas déviée de la trajectoire qu'on a cherché à lui donner. On sait que cette déviation, si elle existe, est surtout due à la portance de la fusée et au vent météo auquel elle sera soumise. Il est donc nécessaire, pour conserver une trajectoire voulue, de trouver un moyen d'annuler ou de contrebalancer cette force, c'est là qu'interviennent les ailerons présents sur la fusée. Le but est maintenant de trouver où les placer et en quoi la taille de ceux-ci est essentielle pour ne pas empirer le décalage de la trajectoire, et faire en sorte que la fusée retrouve sa position initiale si pour une quelconque raison elle se met en incidence.
La fusée, sous l'effet de la Force de Portance (FdP), va tourner autour de son Centre de Gravité et cette rotation va dépendre de l'écart entre le Centre de Gravité et et le Centre de Poussée Aérodynamique, qui va servir de "bras de levier" et que l'on nomme Marge Statique (MS). La rotation de la fusée sur elle-même dépend donc uniquement de la valeur du Moment de Portance (MS.FdP). On distingue quatre états dans lesquels la fusée peut se trouver : l'indifférence, l'instabilité, la stabilité et la surstabilité.
Prenons une fusée dont les ailerons (donc le Centre de Poussée Aérodynamique) sont placés en avant du
Centre de Gravité (Marge Statique négative).
Dans ce cas, le couple de portance va écarter de façon croissante la fusée de sa trajectoire initiale. La fusée effectuera donc une série de loopings avant de retomber au sol.
Cette situation est une situation d'instabilité.
Si les ailerons sont petits (faible Portance), ou si le CPA est proche du CdM (faible Marge Statique), le Moment de Portance sera trop faible. La fusée va dévier dans une position quelconque, sans suivre précisément la trajectoire voulue.
L’indifférence constitue une situation intermédiaire entre stabilité et instabilité, qui donne aux fusées
un comportement imprévisible.
Dans beaucoup d'outils logiciels, cette situation est considérée comme de l'instabilité.
Prenons une fusée normale, avec des ailerons de taille moyenne situés en bas de la fusée.
Le Moment de Portance entraîne la fusée qui revient vers sa position initiale. Une fois la fusée dans cette position, la force de portance s'annule.
En fait, la force de rappel de la portance a tendance à entraîner la fusée en incidence de l'autre côté du vent relatif, et c'est seulement après plusieurs oscillations de plus en plus faibles, amorties, que la fusée retrouve sa position initiale.
Cette situation de stabilité est recherchée pour garantir un vol maitrisé.
Si la Marge Statique est forte, le Moment de Portance aura une grande influence et entrainera la fusée de l’autre côté du vent relatif.
En pratique, la fusée oscillera continuellement sans jamais trouver de position d’équilibre. Cette attitude est nommée surstabilité.
Cette situation peut devenir très dangereuse, surtout si la résistance des matériaux n’est pas suffisante pour supporter ces forces : fixation des ailerons...
Un autre inconvénient de cette surstabilité est l’extrême sensibilité de la fusée au vent météo.
La fusée surstable se couchera presque immédiatement dans le vent météo, et partira donc quasiment à l'horizontale, ce qui n’est pas le but recherché.
Aérodynamisme et frottements
En résumé, une autre force que le poids et la poussée agit sur la fusée, il s'agit de la force de frottements et de résistance à l'air. Cette force est due au vent relatif, somme du vent vitesse et du vent météo. Elle se caractérise par la Traînée de la fusée, que l'on va pouvoir diminuer au maximum avec une fusée en forme d'ogive, mais aussi par la force de Portance, que l'on va pouvoir contrer en donnant à la fusée une situation de stabilité grâce aux ailerons (forme + placement).