Wie kommt eine Rakete ins All?
Die Herausforderung beim Flug ins All ist, die enorme Erdanziehungskraft zu überwinden. Die dazu notwendige sogenannte erste komische Geschwindigkeit beträgt 7,9 Kilometer pro Sekunde – 20-fache Schallgeschwindigkeit. Wer langsamer um die Erde kreist, fällt wieder zurück auf den Boden. Um dieses Tempo zu erreichen, verbrennen Raketen enorme Mengen Treibstoff – und pusten die heiße Luft über Triebwerke nach unten raus, um mit demselben Prinzip wie ein Luftballon, dem die Luft entweicht, aufzusteigen.
Die hier beantwortete Frage wurde eingereicht von Svea Weidemann, einer unserer „Fragenden im Porträt“. Welche Geschichte hinter der Frage steckt und was Svea motivierte, sie zu stellen, erfahren Sie hier.
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Vorbild Luftballon
Das Prinzip, mit dem Raketen ins All fliegen, kennt jeder: Luftballon aufpusten, kurz an der Öffnung festhalten, und dann loslassen. Der Ballon presst die Luft aus der Öffnung und saust in entgegengesetzter Richtung durch die Luft. Ein Antrieb nach dem Rückstoßprinzip wie ihn auch Raketen verwenden.
Allerdings werden diese natürlich nicht aufgeblasen. Stattdessen verbrennt in ihrem Triebwerk Treibstoff. Die dabei entstehenden heißen Gase strömen unter hohem Druck und mit viel Tempo aus den Düsen heraus und beschleunigen die Rakete nach oben. Raketen sind allerdings viel schwerer als Luftballons – die europäische Ariane 5 zum Beispiel wiegt über 700 Tonnen. Und um die Erdanziehungskraft zu überwinden, müssen sie auch viel schneller sein: binnen kürzester Zeit müssen sie auf acht Kilometer pro Sekunde beschleunigen – also 28.800 km/h. Darum brauchen sie enorm viel Schub – umgerechnet hat die Ariane 5 unglaubliche 30 Millionen PS. Und deshalb macht den weitaus größten Teil ihres Startgewichts allein der Treibstoff aus.
Eine Rakete fliegt mit verschiedenen Stufen
Die Rakete besteht aus mehreren Teilen, die man „Stufen“ nennt: Beim Start, wenn der Countdown bei Null ankommt, zündet als erstes die Hauptstufe, deren Treibstoff aus Wasserstoff und Sauerstoff besteht, die miteinander zu Wasser verbrennen. Wenn die Hauptstufe nach etwa sieben Sekunden ihre volle Schubkraft erreicht hat, schalten sich die seitlich angebrachten Hilfsraketen, „Booster“ genannt, dazu. Ihr Treibstoff besteht aus Feststoffgemischen von hydroxyl-terminiertem Polybutadien (HTPB), Aluminiumpulver und Ammoniumperchlorat. Die Rakete hebt ab und jagt unter viel Getöse in den Himmel.
Schon nach rund zweieinhalb Minuten sind die Booster leer und werden abgesprengt, um Gewicht einzusparen. Denn jedes Kilo, das man ins All hieven muss, kostet umso mehr Sprit – und verursacht Tausende Euro an Kosten. Darum wird kurz darauf auch die Verkleidung der Trägerrakete, also der Hauptstufe, abgeworfen. Schließlich zündet die Oberstufe, ein kleineres Triebwerk, das der Hauptstufe obenauf sitzt und ebenfalls mit Wasser- und Sauerstoff angetrieben wird. Sie trägt unmittelbar die Nutzlast – also etwa die Astronautenkapsel oder den Satelliten. Die Hauptstufe wird nun ebenfalls abgeworfen.
Die Oberstufe landet im Friedhofsorbit
Die Oberstufe befördert die Nutzlast zu ihrem Bestimmungort und löst sich dann ebenfalls ab. Booster, Hauptstufe und Verkleidung fallen zurück auf die Erde ins Meer. Die Oberstufe fliegt weiter auf eine 3000 Kilometer von der Erde entfernte Umlaufbahn, wo sie mit keinen Satelliten kollidieren kann – den sogenannten „Friedhofsorbit“.
Diese Filmdokumentation über die Ariane 5 erklärt in allen Details, wie die Rakete funktioniert.