Weltraumfahrt

Wichtigste technische Voraussetzung für die 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 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, allgemein spricht man auch von Raumkapseln oder Raumfahrzeugen.

Bei Raumflugmissionen, die über die Satellitenbahn hinausführen, werden die letzte Stufe der Trägerrakete und die Nutzlast 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 hinsichtlich Richtung 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 kinetischen Energie des Flugkörpers 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.