Weltraumfahrt

Wichtigste techn.technische Voraussetzung für die W.Weltraumfahrt sind Antriebseinrichtungen, die sich im luftleeren Weltraum fortbewegen können, wie die nach dem Rückstoßprinzip arbeitende Rakete. Die in den Raketentriebwerken freigesetzte Energie wird beim Raumflug in erster Linie für die Überwindung des irdischen Schwerefeldes benötigt. Dazu muss ein Objekt auf die Fluchtgeschwindigkeit von 11,2 km/s beschleunigt werden. Bei niedrigerer Geschwindigkeit bleibt der Raumflugkörper im Schwerefeld der Erde, bei einer Geschwindigkeit von 7,9 km/s (Kreisbahngeschwindigkeit) bewegt er sich auf einer Kreisbahn, liegt die Geschwindigkeit höher, aber noch unterhalb der Fluchtgeschwindigkeit, so nimmt die Flugbahn eine ellipt.elliptische Form an. Unterhalb von 7,9 km/s kehrt der Flugkörper wieder zur Erde zurück. Flugobjekte, die das Schwerefeld der Erde verlassen, werden Sonden genannt, solche, die sich auf Kreis- oder Ellipsenbahnen um die Erde bewegen, heißen Satelliten, allg.allgemein spricht man auch von Raumkapseln oder Raumfahrzeugen.

Bei Raumflugmissionen, die über die Satellitenbahn hinausführen, werden die letzte Stufe der Trägerrakete u.und die Nutzlast im Allg.im Allgemeinen zunächst in eine Satellitenbahn gebracht. Hier wird nach einer bestimmten Verweilzeit das Triebwerk der letzten Stufe erneut gezündet, um die Nutzlast aus der „Parkbahn“ heraus auf Fluchtgeschwindigkeit zu bringen. Auf diese Weise lassen sich die hohen Anforderungen hinsichtl.hinsichtlich Richtung u.und Einschussgeschwindigkeit in eine Flugbahn zu einem anderen Himmelskörper leichter erreichen als bei einer unmittelbaren Beschleunigung von der Erdoberfläche weg auf Fluchtgeschwindigkeit.

Nachdem ein Raumflugkörper seine Umlauf- bzw. Fluchtgeschwindigkeit erreicht hat, vollzieht sich der weitere Flug antriebslos unter Ausnutzung der kinet.kinetischen Energie des Flugkörpers u.und der Schwerkraft der Himmelskörper. Es werden allenfalls noch Bahnkorrekturen durch kurzzeitige Zündung der Triebwerke vorgenommen. Mittels Bremsraketen lässt sich die Geschwindigkeit einer Raumkapsel in der Umlaufbahn vermindern, wodurch sie in weitem Bogen zur Erdoberfläche zurückkehrt. Beim Wiedereintritt in die dichteren Atmosphäreschichten werden die Raumkapseln durch Reibungswärme aufgeheizt. Eine spezielle Wiedereintrittsfläche (schwer schmelzbare Substanzen, Schmelzkühlung), mit der voran die Kapsel in die dichteren Atmosphäreschichten eindringt, nimmt die Reibungshitze auf, die über 3000 °C erreichen kann.

Die Aufgabe der eigentl.eigentlichen Raumkapseln besteht darin, die für die Astronauten lebensnotwendigen Umweltbedingungen zu erhalten. Sie müssen insbes.insbesondere den für die Atmung notwendigen Sauerstoff stellen, das ausgeatmete Kohlendioxid ausfiltern, die Temperatur innerhalb bestimmter, für den Menschen erträgl.erträglicher Grenzen halten, ausreichende Nahrungsmittel an Bord haben u.und Schutz vor Strahleneinwirkungen bieten. Als Sicherheitsvorrichtung, meist nur während der Start- u.und Wiedereintrittsphasen bemannter Raumfahrzeuge sowie außerhalb davon bei Arbeiten im Weltraum, tragen die Astronauten Raumanzüge. Diese sind (Sauerstoff-)Versorgungs- u.und Temperaturkontroll-Vorrichtungen, die den Astronauten beim Ausfall der Versorgungsanlage der Kapsel am Leben erhalten sollen. Verlässt er die Raumkapsel in der Umlaufbahn, so dient der Raumanzug (über Leitungen oder mitgeführte Behälter) unmittelbar seiner Atem- u.und Druckgasversorgung.

Mehr als 1700 Nutzlasten (Satelliten u.und bemannte Raumschiffe) befinden sich ständig im Weltall; etwa die gleiche Anzahl ist inzwischen wieder verglüht oder zur Erde zurückgekehrt. Es gelangen jedoch nicht nur Nutzlasten auf Bahnen um die Erde, sondern auch sog. Weltraummüll, u. a. Teile abgesprengter Satellitenverkleidungen u.und Raketenstufen. Allein 150 000 Objekte mit einer Größe zwischen 1 u.und 10 cm befinden sich derzeit im Erdumlauf. Diese Fragmente, deren Zahl ständig zunimmt, stellen für die W.Weltraumfahrt eine ständige Bedrohung dar.

Die für die Menschheit bedeutendste Nutzung des Weltraums sind die bemannten Raumstationen, die seit Anfang der 1970er Jahre - als die Ära der ersten Mondflüge (Apolloprogramm) zu Ende ging - hauptsächlich im Dienst der Grundlagenforschung stehen. In ihnen werden v. a. biomedizinische, materialtechnische oder pharmazeut.pharmazeutische Experimente durchgeführt. Ziel ist es, sie eines Tages als Basen für weitere Raumfahrtunternehmen einzusetzen. Nachdem die 1986 gestartete russ.russische Mir 2001 ausgemustert wurde, ist die Internationale Raumstation ISS die einzige z. Z. in Betrieb befindl.befindliche Raumstation. Sie ist mit zwei bis sechs Astronauten unterschiedl.unterschiedlicher Nationalität besetzt, die v. a. mit dem Spaceshuttle der NASA (bis 2011) und mit russ.russischen Sojus-Raketen befördert werden.

Eines der ambitioniertesten Raumfahrtprojekte Zeit ist das Hubble-Weltraumteleskop (HST, Hubble Space Telescope), das sich seit April 1990 in einer Erdumlaufbahn in etwa 600 km Höhe befindet, von wo aus sich der Weltraum ohne die störenden Einflüsse der Atmosphäre untersuchen lässt. Nach anfängl.anfänglichen Schwierigkeiten entstanden mit dem HST die bisher schärfsten Aufnahmen von allen Planeten des Sonnensystems u.und es lieferte indirekte Nachweise zur Existenz von schwarzen Löchern. Hauptaufgabe des 2009 gestarteten NASA-Weltraumtelekops Kepler ist die Entdeckung von erdähnlichen Exoplaneten.

Zu den weiteren zivilen Nutzungen des Weltraums zählen die Tiefraumsonden, unbemannte Raumfahrzeuge, die Planeten des Sonnensystems u.und den Raum zwischen ihnen erforschen wie z. B. die Jupitersonde Galileo, die Saturnsonde Cassini mit dem Landemodul Huygens u.und die Plutosonde New Horizons.

Militärisch u.und kommerziell wird der Weltraum v. a. zu Kommunikations- u.und Navigationszwecken sowie zur Wettervorhersage genutzt. Erderkundungssatelliten überwachen Klimaparameter wie Temperatur, Vegetationszustand oder Umweltverschmutzung. Wettersatelliten liefern kontinuierl.kontinuierlich Wetterdaten u.und ermögl.ermöglichen Vorhersagen u.und Katastrophenwarnungen. GPS-Geräte, wie sie z. B. in Pkw zum Einsatz kommen, fangen die Navigationsdaten des US-amerikan.US-amerikanischen GPS-Satellitensystems auf, um daraus eine Position auf der Erde auf wenige Meter genau zu ermitteln. Von großer wirtschaftl.wirtschaftlicher Bedeutung sind Kommunikationssatelliten auf ihren rd.rund 36 000 km hohen geostationären Umlaufbahnen, die gleichzeitig Zehntausende interkontinentaler Telefongespräche erlauben u.und zudem Hunderte von ausgestrahlten Fernseh- u.und Radioprogrammen über die Erde verteilen.