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LEXIKON

Rakte

Rakete
Rakete
Triebwerksarten
Rakete: Ariane (Schema)
Rakete: Ariane (Schema)
Saturn-5-Rakete
Saturn-5-Rakete
Saturn-5-Rakete mit der Baugruppe von Apollo-15 auf dem Weg zur vierten Mondlandung
ein Flugkörper, der im Gegensatz zum Flugzeug keine Atmosphäre benötigt und alle zum Antrieb notwendigen Mittel mit sich führt. Eine Rakete besteht aus einer Zelle und einem Triebwerk. In der Zelle befinden sich die Treibstoffvorräte, die Steuerungsgeräte, die Nutzlast und, bei bemannten Raketen, die Besatzung. Das Triebwerk erzeugt den Vortrieb oder Schub der Rakete. Er entsteht durch einen mit großer Geschwindigkeit ausgestoßenen Gasstrom; der dabei auftretende Rückstoß treibt die Rakete in entgegengesetzter Richtung vorwärts. Die Endgeschwindigkeit einer Rakete hängt ab von der Geschwindigkeit, mit der die Verbrennungsgase ausströmen, und dem Verhältnis von Anfangsmasse zu Endmasse einschließlich Nutzlast bzw. der Treibstoffanteil am Gesamtgewicht.
Da Stoß und Rückstoß genau entgegengesetzt wirken, kann man eine Steuerung der Rakete nach dem Start dadurch erreichen, dass man die Richtung der ausströmenden Gase verändert. Das gesamte Triebwerk einer Rakete wird deshalb kardanisch aufgehängt. Dadurch ist eine allseitige Schwenkung möglich. Zur Fernlenkung wurden verschiedene Verfahren entwickelt. So peilen Ortungsgeräte in der Rakete das Ziel an und bestimmen selbst den Kurs (Selbstlenkung). Bei anderen Raketen berechnet der Lenkmechanismus die Flugbahn aus der Position bestimmter Gestirne (astronomische Lenkung), oder eine Radaranlage auf der Erde erteilt Lenkkommandos. Oft werden auch mehrere Verfahren gleichzeitig angewandt.
Da es mit einer einzelnen Rakete noch nicht möglich ist, die Kreisbahn eines künstlichen Satelliten zu erreichen oder weiter in den Weltraum vorzustoßen, hat man das Mehrstufenprinzip entwickelt. Dabei trägt eine Rakete als Nutzlast eine zweite Rakete, deren Antrieb erst dann einsetzt, wenn der Antrieb der ersten Rakete (untere Stufe, Startstufe) ausgebrannt ist und abgeworfen wird. Auf diese Weise entstehen zwei- und mehrstufige Raketen.

Triebwerk

Das heute gebräuchliche Prinzip ist das chemische Raketentriebwerk. Der Antriebsstrahl wird durch kontinuierliches Verbrennen fester oder flüssiger Treibstoffe erzeugt:
Das Flüssigkeitsraketentriebwerk enthält flüssigen Brennstoff und den flüssigen Sauerstoffträger (Oxidator) in getrennten Behältern, von wo sie z. B. mit Hilfe von Kreiselpumpen (angetrieben von einem Gasgenerator) im richtigen Mischungsverhältnis in die Brennkammer gefördert und dort gezündet werden. Als Brennstoff dienen z. B. Alkohole, Kerosin, Anilin sowie Wasserstoff; als Oxidator flüssiger Sauerstoff, Salpetersäure, Wasserstoffperoxid u. a. Der Druck in der Brennkammer beträgt bis zu 150 bar, die Temperatur 3000 °C und mehr. Die Ausströmgeschwindigkeit beträgt bis 4500 m/s. Die Brennkammer sowie die Wandung der Schubdüse müssen gekühlt werden. Flüssigkeitsraketentriebwerke lassen sich im Allgemeinen besser regeln als Feststoffraketentriebwerke. Sie dienen hauptsächlich als Antrieb für Forschungs- und Trägerraketen sowie Fernraketenwaffen.
Beim Feststoffraketentriebwerk verwendet man gießbare oder plastisch formbare Treibstoffe. Im Fall des chemischen Einstoffsystems ist der Sauerstoff unmittelbar an den Brennstoff gebunden, beim chemischen Mehrstoffsystem sind Brennstoff und Sauerstoffträger fein verteilt gemischt. Als Brennstoffe dienen Harz, Asphalt, synthetischer Kautschuk; Sauerstoffträger ist Kalium- und Ammoniumperchlorat sowie Ammoniumnitrat. Der Brennkammerdruck bei dieser Antriebsart geht von rund 50 bis 180 bar; die Verbrennungstemperatur liegt bei 800 bis 2500 °C.
Der sog. Hybridantrieb (Fest-Flüssig-Antrieb) vereinigt einige Vorteile des Fest- und Flüssigantriebs. Eine Treibstoffkomponente befindet sich im festen Zustand in der Brennkammer, die andere wird flüssig eingespritzt.
Elektrische Triebwerke liefen bisher nur im Versuchsstadium, Kernenergieantriebe gelangten aus Kostengründen nicht zur Betriebsreife.

Geschichte

Raketen sind etwa seit 970 n. Chr. in China als Feuerwerkskörper bekannt. Seit dem Ende des 13. Jahrhunderts wurden Raketen in Europa für militärische Zwecke verwendet. In unserer Zeit ist die Entwicklung der Rakete u. a. mit den Namen von K. E. Ziolkowskij, H. Oberth, R. H. Goddard, M. Valier, E. Sänger und W. von Braun verknüpft.
Die erste Großanwendung der Rakete war die V-2 des 2. Weltkriegs, deren erster erfolgreicher Start am 3. 10. 1942 von Peenemünde erfolgte; sie erreichte eine Höhe von 90 km und (mit automatischer Umlenkung) eine Flugstrecke von 275 km. Das erste Raketenflugzeug (die He 176) wurde mit einem sog. Walter-Triebwerk angetrieben. Dieses verwendete als Treibstoff Wasserstoffperoxid, das über Kaliumpermanganat geleitet wurde, wobei die Zersetzung in hoch gespannten Wasserstoff und Sauerstoff erfolgte. Die Austrittsgeschwindigkeit betrug rund 1000 m/s. Eine amerikanische Rakete (die WAC-Corporal) erreichte 1945 eine Höhe von 70 km. Die Viking-Rakete (eine Weiterentwicklung der deutschen V-2) flog 1952 217 km hoch und erreichte eine Höchstgeschwindigkeit von 6000 km/h. Die erste amerikanische 2-Stufen-Rakete erreichte 1949 eine Höhe von 402 km. Am 4. 10. 1957 gelang es der Sowjetunion, erstmalig mit einer Mehrstufenrakete einen Satelliten in eine Umlaufbahn zu bringen (Sputnik).
Sputnik 2
Sputnik 2
Mit Sputnik 2 gelangte 1957 mit der Hündin Laika das erste Tier in den Erdorbit.
Die bisher größte Rakete ist die dreistufige Saturn 5 mit 2800 t Startgewicht, die 120 t Nutzlast in eine niedrige Umlaufbahn oder 45 t auf Fluchtgeschwindigkeit bringen kann. Der erste Start der Saturn 5 erfolgte am 9. 11. 1967 im Rahmen des Apolloprogramms.
Weitere bekannte Trägerraketen bzw. -familien sind die Atlas, die Delta, die Titan, die Titan III E/Centaur, die Taurus, die von einem Flugzeug aus startende Pegasus (alle USA), die Sojus, die Proton (beide Russland) und die europäische Ariane. Das erste wiederverwendbare Trägersystem stellen die Raumtransporter (Spaceshuttle) der NASA dar, die seit 1981 im Einsatz sind und bis zu sieben Astronauten in den Orbit bringen können.
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