Wie funktionieren Raketen?
ESA, CNES, Arianespace
Um von der Erde aus ins All zu starten, ohne gleich wieder auf den Boden zurückzufallen, muss eine Rakete die Anziehungskraft unseres Planeten überwinden. Für einen Flug in die Erdumlaufbahn muss sie knapp 8 Kilometer pro Sekunde schnell sein! Raketen nutzen dabei das sogenannte Rückstoß-Prinzip. Ganz einfach formuliert: Das am unteren Ende der Rakete schnell austretende Gas sorgt dafür, dass sie sich nach oben bewegt. Zu all dem gibt es mathematische und physikalische Formeln – aber das würde hier zu weit führen ...
ESA, CNES, Arianespace
Was dagegen leicht zu verstehen ist: Um eine schwere Last wie etwa einen Satelliten, der mehrere Tonnen wiegt, auf diese hohe Geschwindigkeit zu beschleunigen, benötigt man starke Triebwerke. Wirklich starke Triebwerke. Die aber wiegen dummerweise selbst auch einige Tonnen – wie auch der Treibstoff und die ganze Rakete mit ihrer Hülle und allem Drum und Dran. All das – und eben nicht nur der Satellit allein – muss schließlich mit der nötigen Geschwindigkeit nach oben befördert werden.
Überdimensionale Silvesterraketen
CNES, Arianespace
Eine Rakete wird nicht nur von einem einzigen Triebwerk, sondern gleich von mehreren Antrieben ins All „geschossen“: Dazu zählen oft auch die seitlich angebrachten Hilfsraketen, die sogenannten Booster. Auf Film- und Fotoaufnahmen vom Start kann man sie deutlich erkennen. Sie brennen etwa zwei Minuten lang und geben der Rakete direkt von der Startrampe weg den nötigen Schub, um überhaupt abzuheben und Geschwindigkeit aufzunehmen.
Wie überdimensionale Silvesterraketen werden diese Booster von hochexplosiven chemischen Substanzen angetrieben. Man spricht daher auch von Feststoff-Boostern – im Unterschied zu flüssigen Antrieben. Wenn sie ihre Arbeit getan haben, werden sie abgesprengt.
Blitzschnell getestet
Viele Trägerraketen nutzen solche Booster. Einmal gezündet können diese Hilfsraketen – anders als das Haupttriebwerk – nicht mehr abgestellt werden. Die explosiven Chemikalien brennen und brennen und brennen. Deshalb werden die Booster erst aktiviert, wenn man ganz sicher ist, dass das Haupttriebwerk problemlos arbeitet. Es zündet daher schon ein paar Sekunden vor dem eigentlichen Start – mit flüssigem Wasserstoff und flüssigem Sauerstoff als Treibstoffen. Dann prüfen die Computersysteme innerhalb ganz weniger Sekunden blitzschnell, ob alles einwandfrei funktioniert – bevor dann die Booster ihr Feuer abbrennen und die Rakete abhebt.
Sind die Booster ausgebrannt, werden sie abgesprengt. Das passiert auch mit dem unteren Teil der Rakete, wobei man bei Raketen von „Stufen“ spricht. Hat diese unteren Stufe den Treibstoff verbraucht, würde sie nur noch eine unnötige Last darstellen. Dann zündet die Oberstufe, die den letzten Rest des Weges übernimmt, bis der Satellit in seiner Umlaufbahn ausgesetzt wird. Während die leeren Raketenstufen in der Regel zur Erde zurückfallen und dabei oft in der Atmosphäre verglühen, gibt es inzwischen auch Raketen, bei denen die untere Stufe wieder zur Erde zurückkehrt und senkrecht landet.
Aber gehen wir in Gedanken noch einmal in die Umlaufbahn, wo ein Satellit inzwischen die Erde umkreist. Damit er schließlich seine genaue Position einnimmt, wird er von den Fachleuten in den Kontrollzentren exakt im Orbit „geparkt“. Dazu haben die Satelliten eigene kleinere Antriebsdüsen. Je besser und genauer die Rakete den Satelliten schon mal in die richtige Position „geschossen“ hat, desto weniger Treibstoff muss der Satellit anschließend beim „Einparken“ verbrauchen. Und umso länger kann er später mit dem restlichen Treibstoff immer mal wieder seine Position ein wenig korrigieren – was aus verschiedenen Gründen nötig ist. Das alles spielt dann bei der „Lebensdauer“ eines Satelliten eine große Rolle.
Neben all dem sind natürlich noch viele andere Faktoren von Bedeutung – denn die Raumfahrt ist eben doch etwas anderes als ein normales Feuerwerk. Die Raketen müssen beispielsweise stabilisiert werden, damit sie nicht trudeln und außer Kontrolle geraten. Und sie müssen die exakt vorausberechnete Flugbahn einschlagen, die vorgesehene Höhe erreichen und vieles mehr.
Die Flugbahn führt übrigens vom Startplatz weg meistens in Richtung Osten: So nimmt die Rakete den „Schwung“ mit, den die Erde durch ihre Rotation – also ihre Drehung um die eigene Achse – erzeugt. Und dabei gilt: Je näher ein Startplatz am Äquator liegt, desto größer ist diese zusätzliche Beschleunigung, die die Erdrotation einer Rakete mit auf den Weg gibt. Denn am Äquator dreht sich unser Planet – wie ein Kreisel – schneller als in den nördlich oder südlich gelegenen Gebieten.
Raketen starten besser am Äquator
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