Wissensbibliothek
Raumfahrt: Technik im All
Wie kommt der Mensch ins All?
Derzeit nur mittels Raketen. Um ins All zu gelangen – d. h. eine Höhe von mehr als 100 km über der Erdoberfläche zu erreichen –, braucht man einen Antrieb, der die notwendige Kraft zur Überwindung der Erdschwere aufbringt und auch im luftleeren Raum noch funktioniert. Der einzig bekannte Mechanismus, der beide Bedingungen erfüllt, ist eine Rakete.
Ein Raketenmotor nützt das physikalische Gesetz von Kraft und Gegenkraft (»actio = reactio«) aus: Wenn die Rakete eine Masse mit großer Geschwindigkeit nach hinten ausstößt (das ist die Aktion), so entsteht ein nach vorne gerichteter Schub als Reaktion. Die für die Beschleunigung der ausgestoßenen Masse nötige Energie liefert bei heutigen Raketenmotoren die Verbrennung eines chemischen Treibstoffs; der dafür gebrauchte Sauerstoff wird in einem eigenen Tank mitgeführt.
Durch die gewaltigen Mengen an Treibstoff ist das Verhältnis von Startgewicht zu Nutzlast bei einer Rakete extrem ungünstig: Es liegt für die europäische Rakete Ariane 5 bei 2,8 %, für das amerikanische Spaceshuttle gar nur bei 1,3 %. Eine Ariane mit 700 t Startgewicht kann also gerade mal 6 t Nutzlast transportieren. Um nicht ständig Raketen bauen zu müssen, wurde der zur Erde zurückkehrende Raumgleiter entwickelt. Doch die erhoffte großen Einsparungen haben sich u. a. wegen Treibstoff- und Wartungskosten nicht eingestellt.
Welche Antriebe haben die Raumschiffe der Zukunft?
Die Raumschiffe werden vermutlich – wie heute – mehrstufige Raketen mit chemischen Treibstoffen besitzen, um die Erdschwerkraft zu überwinden (d. h. eine Geschwindigkeit von mindestens 7,9 km/s zu erreichen).
Sind sie erst einmal im Raum angelangt, lassen sich unterschiedliche Antriebsalternativen denken; einige davon sind bereits in Planung. Für kleine und leichte Raumfahrzeuge ist der Ionenantrieb gedacht, der nach dem Rückstoßprinzip funktioniert: Ausgestoßen wird ein Ionenstrahl, dessen Ionen durch ein elektrisches Feld beschleunigt wurden; die Energie dazu stammt aus Solarzellen. Allerdings ist die Schubkraft eines Ionenantriebs wesentlich geringer als bei konventionellen (chemischen) Antrieben. Ionenantriebe werden daher für die Bahnregelung von Satelliten in hohen Umlaufbahnen eingesetzt, da hier nur geringe Kräfte aufgebracht werden müssen. Als sog. Marschtriebwerk wurden sie bislang in den Sonden Deep-Space 1 (NASA) und SMART-1 (ESA) erfolgreich getestet. Bei diesen interplanetaren Sonden sind Ionentriebwerke sinnvoll, weil hier lange Schubzeiten (bei kleiner Schubkraft) hingenommen werden können.
Das Sonnensegel ist ein bisher noch unerprobter Antrieb von Raumfahrzeugen. Er soll, ähnlich wie beim Segel von Schiffen, den Strahlungsdruck der Sonne als Antriebsquelle nutzten. Ein solches Segel muss extrem groß und leicht sein, da der Strahlungsdruck der Sonne nur sehr gering ist und quadratisch mit der Entfernung von der Sonne abnimmt. Prototypen aus Mylar-Fasern messen 20 × 20 m² bei einem Gewicht von wenigen Kilogramm, also etwa 10 g pro Quadratmeter.
Welchen Nutzen hat die Raumfahrt?
Ein Nutzen der unbemannten Raumfahrt für den Alltag wurde lange nicht gesehen, heute aber wissen wir: Ohne Raumfahrt gäbe es keine Wettersatelliten, kein Satellitenfernsehen, keine Satellitennavigation etc. Der Nutzen ist also indirekt vorhanden.
Wussten Sie, dass …
der Mensch zwar von Raumfahrt redet, aber eigentlich die Erde kaum verlassen hat? Die ISS kreist in rund 400 km Höhe über der Erdoberfläche, das entspricht etwa der Strecke Frankfurt–Hamburg. Selbst der Mond, tausend Mal weiter entfernt, ist noch in nächster Erdnähe.
entgegen einem nicht auszurottenden Gerücht der Kunststoff Teflon nicht für die Raumfahrt entwickelt wurde? Er wurde erstmals 1938 hergestellt, ab den 1950er Jahren aber auch in der Raumfahrt benutzt.
zum Überwinden der Erdschwerkraft eine Geschwindigkeit von 11,2 km/s notwendig ist? Das entspricht über 40 000 km/h.
Wann gibt es Weltraumtourismus?
Weltraumtourismus – also eine Vergnügungs- oder Studienreise in den Erd-Orbit (oder darüber hinaus) – ist nicht nur denkbar, er wird bereits praktiziert: Die Reise des US-amerikanischen Unternehmers Dennis Tito an Bord einer russischen Sojus-Kapsel zur Internationalen Raumstation ISS im April 2001 gilt allgemein als der Beginn des Weltraumtourismus. Tito bezahlte etwa 20 Millionen Dollar für seinen Flug. Seitdem hat es zwei weitere Weltraumtouristen gegeben.
Nach Studien der Tourismuswirtschaft haben grundsätzlich viele Menschen den Wunsch, in den Weltraum zu fliegen. Bei der Firma Virgin Galactic haben sich rund 7000 Personen gemeldet, die bis 200 000 Dollar für einen solchen Flug zu bezahlen bereit sind. Dabei soll das privat entwickelte Raumschiff namens SpaceShipOne genutzt werden, das bei seinem Jungfernflug im Juni 2004 auf Anhieb die Höhe von 100 km überstieg, die als untere Grenze für Weltraumflüge gilt.
Erster Schritt zur Impfung gegen HIV?
Trotz jahrzehntelanger Forschung gibt es bislang noch keinen Impfstoff gegen das humane Immundefizienz-Virus HIV. Nun haben vier Forschungsteams unabhängig voneinander an Rhesusaffen und Mäusen erste Erfolge auf dem Weg der Impfstoffentwicklung erzielt. Mit Hilfe einer Technik namens Keimbahn-Targeting griffen sie in die Reifung...
Wie Wärmepumpen das Stromnetz schonen
Eine wachsende Zahl von Wärmepumpen wird den Stromverbrauch deutlich steigen lassen. Durch trickreiche Techniken lässt sich gewährleisten, dass dennoch keine Überlastung der Versorgungsnetze droht. von TIM SCHRÖDER Gerade einmal fünf Grad hat das Wasser im Rhein bei Mannheim in der Winterzeit. Nach menschlichem Empfinden ist das...
