Der Einsatz von Raketen in der Raumfahrt

Referat von Niko Papadakos und Heiko Brausten

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Zuerst wollen wir die geschichtliche Entwicklung ansprechen. Hierunter fallen, die ersten Ideen, die Herkunft und die Verwirklichung. Hier stellt sich die Frage, wer zum erstenmal von einem Flug zu einem anderen Himmelskörper berichtet hat.

Der erste Bericht stammt von dem griechischen Satiriker (160 n. Chr.) Lucian in seinem Buch “Vera historia” (Wahre Geschichte) beschrieb er eine Reise zum Mond. Zuvor erfand der Grieche Hipparch (bis 127 v. Chr.) das geozentrische System:

Er dachte nicht die Sonne, sondern die Erde sei Mittelpunkt des Alls, um sie kreiste Mond, Sonne und andere Planeten. Später behauptete Kopernikus (1473 - 1543) aber, daß die Sonne das Zentrum sei. So hatte sich das heliozentrische System durchgesetzt.Circa 50 Jahre später verbesserte Kepler (1571 - 1630) gemeinsam mit dem dänischen Astronom Tycho Brahe (1546) das Werk von Kopernikus.

Lucians Erzählung blieb erstaunlicherweise für Jahrhunderte der einzige, wenn auch satirische Bericht, eines Raumflugs, bis der persische Poet Firdausi im Jahre 1010 ein Gedicht mir dem Namen “ Sha-Nama” veröffentlichte. Mit diesem Gedicht schoß er eine neue imaginäre, d.h. nur in seiner Vorstellung vorhandene, Eroberungsfahrt ins Weltall.

Nach Kepler, der einen ungewöhnlichen SF-Roman verfaßte, folgten erst vier Jahre später weitere Autoren, die von der Raumfahrt berichteten, z.B. Edgar Allen Poe, Domingo Gonzales und Jules Verne, wohl einer der bekanntesten auf diesem Gebiet. Ihre literarischen Hauptpersonen erreichten das All teils mit Hilfe von Leitern, Tieren, Ballons, Katapulten oder Feuerwerkskörpern, wobei wir direkt beim nächsten Thema wären: die ersten Flugkörper !

Die Chinesen bauten vor etwa 1OOO Jahren kleinere Feuerwerkskörper. Erst wieder um 18OO entdeckten Soldaten die Raketen als wirksame und sichere Waffe. Im Jahre 1807 legten 25000 Raketengeschosse die dänische Hauptstadt Kopenhagen in Schutt und Asche.

In den letzten Jahrzehnten versuchten Forscher Raketenmotoren zu entwickeln. Was ihnen auch gelang. Auf der Theorie von dem russischen Revolutionär N.I. Kibaltschitsch (1853 - 1881) der den Reaktionsantrieb als einzig denkbaren Weg bezeichnete sich jemals von der Erde entfernen zu können, basierte die Idee des deutschen Hermann Oberth, daß man mit Raketen in den Weltraum fliegen könne. Kibaltschitsch arbeitete u.a. an einem Projekt für einen bemannten “Raketenrückflugapparat”.

Zwei Jahre nach seiner Hinrichtung stellt sein Landsmann Konstantin E. Ziolkowski in der Arbeit “Freier Weltraum” zum erstenmal sein Raumschiff mit Rückstoßantrieb vor. 1891 veröffentlichte der 1856 in Ostpreußen geborene Hermann Ganswindt einen ersten Entwurf eines bemannten Raumschiffes, das durch fortlaufende Explosionen einzelner Treibladungen angetrieben werden sollte.

Doch diese rasante Entwicklung zog schwere Folgen mit sich. Im zweiten Weltkrieg wurden im Raketenforschungszentrum Peenemünde an der Ostsee Raketen als verheerende Vernichtungswaffen konstruiert. Am 10. Mai 1946 startete in New Mexiko eine Rakete, die zuvor in Deutschland konstruiert worden war. Diese Rakete erreichte eine Höhe von 112 km .

Mit diesem Raketenstart begann der Wettlauf zwischen Amerikanern und Russen zum Mond und das Ideenprodukt einzelner wurde zum realisierten Flugkörper. Dies brachte die Verwirklichung des jahrhundert alten Raumfluggedankes.

Nun wollen wir eine Rakete vorstellen. Man unterscheidet Raketen nach den verschiedenen Antriebsarten. Dazu gehören Feststoffraketen, Raketen für flüssige Treibstoffe, Kernenergieraketen und elektrische Raketen.

Wir nehmen die Saturn 5 als Beispiel. (Folie) Diese dreistufige Rakete wurde gebaut um Menschen zum Mond zu befördern. Aufgestellt ist sie 111 m hoch und wiegt mit Treibstoff gefüllt 2910 t. Sie kann eine Schubkraft von nahezu 3500 t erzeugen und 140 t Nutzlast ins Weltall bringen.

Die unterste Stufe ist 42 m hoch und liefert den Hauptanteil der Schubkraft. Sie wird zuerst gezündet und trägt die Rakete in etwa 60 km Höhe. Die Fluggeschwindigkeit beträgt nun ca. 7500 km/h. Diese wird abgekoppelt und fällt zur Erde zurück. Stufe 2 zündet inzwischen und beschleunigt auf 27000 km/h. Auch sie wird nach Brennschluß abgeworfen. Anschließend zündet Stufe 3 und bringt die Rakete mit 28600 km/h in 185 km Höhe in die Erdumlaufbahn oder der sogenannten Parkbahn. Eine erneute Zündung der 3 Stufe beschleunigt auf über 40000 km/h - der Raumflugkörper verläßt die Parkbahn und fliegt in den Weltraum. Die Geschwindigkeit von über 40000 km/h ist notwendig um die Schwerkraft der Erde zu überwinden und ins Weltall durch die Erdumlaufbahn zu schießen. Diese Geschwindigkeit wird in Fachkreisen “ Fluchtgeschwindigkeit ” genannt. Auf dieser antriegslosen Flugbahn wird auch die 3 Stufe abgekoppelt, die Raumsonde fliegt mühelos weiter.

Die 1. Stufe enthält folgendes:

- Leitwerkflossen
- Kerosintank mit 811000 l Volumen
- Sauerstofftank mit 135000 l Volumen
- einen Heliumtank

Die 1. Stufe wird von vier schwenkbaren und einem starren Triebwerk angetrieben.

Nun die 2. Stufe:

- ein Sauerstofftank mit nur 331000 l Volumen
- ein Wasserstofftank mit 1020000 l Volumen

Diese Stufe wird ebenfalls von vier schwenkbaren und einem starren Triebwerk angetrieben.

Nun die kleinste Stufe (3):

- Sauerstofftank mit 77200 l Volumen
- Wasserstofftank 253000 l Volumen Diese Stufe besitzt nur ein Triebwerk.

Darüber befindet sich eine Mondfähre, eine Appollo - Kapsel mit Triebwerk und Geräteteil. Ganz oben die Rettungsrake te. Nun kommen wir zu dem Punkt wo wir erklären möchten zu was Raketen noch gebraucht werden. Unsere Beispiel Rakete, die Saturn V wird verwendet um Menschen auf den Mond zu bringen mit der berühmten Appollo - Kapsel .

Die Saturn V hat jedoch einen großen Nachteil . Im Gegensatz zum Shuttle ist die Saturn V nicht wiederverwendbar. Dies ist sehr kostspielig für die amerikanische Regierung. Bei einem Fehlstart gehen etliche Millionen in Flammen auf. Aber auch das Shuttle hat seinen Nachteil. Man kann nämlich nicht mit ihm auf einem anderen Planeten landen. Das Shuttle ist gebaut worden um Satelliten im Weltraum auszusetzen. Nach diesem Vorgang muß es auf die Erde zurückkehren.

Aber wie kommt eigentlich eine Rakete oder ein Shuttle in den Weltraum ? Beide werden nach dem Rückstoßprinzip sozusagen hoch gejagt. Rückstoß heißt, unter Druck aus einem festen Körper ausströmende Gase.

Hierzu haben wir einen kleinen Versuch vorbereitet: Dazu nehmen wir einen handelsüblichen Luftballon. Dieser wird aufgeblasen und losgelassen, wobei wir vorher die Öffnung zugehalten haben, bevor die Luft entweichen konnte. Bei dem verschlossenen Luftballon drückt die Luft gleichmäßig gegen alle Seiten. Läßt man ihn nun los entweicht die Luft nach hinten; gleichzeitig drückt sie aber noch gegen die vordere Seite des Ballons. Folglich fliegt er davon.

Dasselbe passiert bei einer Rakete: (Folie) Jedoch ist dieser Vorgang viel komplexer. Hierbei wird der Druck in der Brennkammer nicht durch aufblasen erzeugt sonder durch, wie der Name schon sagt Verbrennung. Brennstoff und Oxydator werden genau dosiert in die zugehörigen Pumpen geleitet. Die beiden Pumpen spritzen die beiden Stoffe in den Einspritzkopf. Hier werden sie vermischt und gelangen in die Brennkammer. Doch auch die Pumpen müssen angetrieben werden und zwar durch eine Turbine, die wiederum durch einen Gasgenerator in Gang gesetzt werden. Auch das Getriebe ist nicht zu vergessen, das zwischen Turbine und Pumpen liegt. Nachdem Oxydator und Brennstoff gezündet wurden, entsteht ein gleichmäßiger Druck auf die beiden Außenseiten, also keine Querneigung der Rakete. Im Gegensatz zur Feststoffrakete kann hier der Nachschub reguliert werden. Dies gewährleistet die gewünschte Schubkraft, die bei dem Rückstoß entsteht.

Nach ein paar Überlegungen haben wir uns gefragt, warum es noch keine Raketen mit Kernantrieb gibt, da doch auch unser Stromnetz so versogt wird und mehr Strom erzeugt als die Verbrennung. Die Begründung ist ganz einfach: der Schutz vor der Radioaktiven Strahlung ist nicht gewährleistet. Außerdem gibt es noch keine Reaktoren, die klein genug wären in den Bauch einer Rakete zu passen.

Mit diesem Abschnitt beenden wir unser Referat “Raketen”, das euch hoffentlich gefallen hat. Wenn ihr noch Fragen habt, stellt sie jetzt.

Wir haben unsere Informationen aus folgenden Büchern erhalten:

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