Wie funktionieren Raketen?

Eine Ariane 5 vor dem Start. Deutlich erkennt man die beiden Booster an den Seiten. Bild: ESA, CNES, Arianespace
Eine Ariane 5 vor dem Start. Deutlich erkennt man die beiden Booster an den Seiten. Bild: ESA, CNES, Arianespace

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Um von der Erde aus ins All zu starten, ohne gleich wieder auf den Boden zurückzufallen, muss eine Rakete die Anziehungskraft unseres Planeten überwinden. Für einen Flug in die Erdumlaufbahn muss sie knapp 8 Kilometer pro Sekunde schnell sein! Raketen nutzen dabei das sogenannte Rückstoß-Prinzip. Ganz einfach formuliert: Das am unteren Ende der Rakete schnell austretende Gas sorgt dafür, dass sie sich nach oben bewegt. Zu all dem gibt es mathematische und physikalische Formeln – aber das würde hier zu weit führen …

Was dagegen leicht zu verstehen ist: Um eine schwere Last wie etwa einen Satelliten, der mehrere Tonnen wiegt, auf diese hohe Geschwindigkeit zu beschleunigen, benötigt man starke Triebwerke. Wirklich starke Triebwerke. Die aber wiegen dummerweise selbst auch einige Tonnen – wie auch der Treibstoff und die ganze Rakete mit ihrer Hülle und allem Drum und Dran. All das – und eben nicht nur der Satellit allein – muss schließlich mit der nötigen Geschwindigkeit nach oben befördert werden.

Überdimensionale Silvesterraketen

Wie ein heller Stern fliegt die Ariane auf diesem Foto in den Himmel. Bild: ESA, CNES, Arianespace
Wie ein heller Stern fliegt die Ariane auf diesem Foto in den Himmel. Bild: ESA, CNES, Arianespace

Eine Rakete wie die europäische Ariane 5 wird nicht nur von einem einzigen Triebwerk, sondern gleich von mehreren Antrieben ins All „geschossen“: Dazu zählen auch die seitlich angebrachten Hilfsraketen, die sogenannten Booster. Auf Film- und Fotoaufnahmen vom Start kann man sie deutlich erkennen. Sie brennen etwa zwei Minuten lang und geben der Rakete direkt von der Startrampe weg den nötigen Schub, um überhaupt abzuheben und Geschwindigkeit aufzunehmen.

Wie überdimensionale Silvesterraketen werden diese Booster von hochexplosiven chemischen Substanzen angetrieben. Man spricht daher auch von Feststoff-Boostern – im Unterschied zu flüssigen Antrieben. Wenn sie ihre Arbeit getan haben, werden sie abgesprengt.

Blitzschnell getestet

Auch viele andere Trägerraketen nutzen übrigens solche Booster. Einmal gezündet können sie – anders als das Haupttriebwerk – nicht mehr abgestellt werden. Die explosiven Chemikalien brennen und brennen und brennen. Deshalb werden die Booster erst aktiviert, wenn man ganz sicher ist, dass das Haupttriebwerk problemlos arbeitet. Es zündet daher schon ein paar Sekunden vor dem eigentlichen Start – mit flüssigem Wasserstoff und flüssigem Sauerstoff als Treibstoffen. Dann prüfen die Computersysteme innerhalb ganz weniger Sekunden blitzschnell, ob alles einwandfrei funktioniert – bevor dann die Booster ihr Feuer abbrennen und die Rakete abhebt.

 2.1.1 Wie funktionieren Raketen?

Im Laufe des Fluges wird die untere Stufe schließlich abgesprengt – sie ist jetzt leer und stellt nur noch eine unnötige Last dar – und die Oberstufe zündet, die den letzten Rest des Weges übernimmt, bis der Satellit schließlich in seiner Umlaufbahn ausgesetzt wird. Um dann die genaue Position einzunehmen, werden Satelliten von den Experten in den Kontrollzentren exakt im Orbit „geparkt“. Dazu haben die Satelliten eigene kleinere Antriebsdüsen. Je besser und genauer die Rakete den Satelliten schon mal in die richtige Position „geschossen“ hat, desto weniger Treibstoff muss der Satellit anschließend beim „Einparken“ verbrauchen. Und um so länger kann er später mit dem restlichen Treibstoff immer mal wieder seine Position ein wenig korrigieren – was aus verschiedenen Gründen nötig ist. Das alles spielt dann bei der „Lebensdauer“ eines Satelliten eine große Rolle.

Neben all dem sind natürlich noch viele andere Faktoren von Bedeutung – denn die Raumfahrt ist eben doch etwas anderes als ein normales Feuerwerk. Die Raketen müssen beispielsweise stabilisiert werden, damit sie nicht trudeln und außer Kontrolle geraten. Und sie müssen die exakt vorausberechnete Flugbahn einschlagen, die vorgesehene Höhe erreichen und vieles mehr.

Die Flugbahn führt übrigens vom Startplatz weg meistens in Richtung Osten: So nimmt die Rakete den „Schwung“ mit, den die Erde durch ihre Rotation – also ihre Drehung um die eigene Achse – erzeugt. Und dabei gilt: Je näher ein Startplatz am Äquator liegt, desto größer ist diese zusätzliche Beschleunigung, die die Erdrotation einer Rakete mit auf den Weg gibt. Denn am Äquator dreht sich unser Planet – wie ein Kreisel – schneller als in den nördlich oder südlich gelegenen Gebieten.

Je näher der Startplatz einer Rakete am Äquator liegt, umso größer ist der „Schwung“, den sie durch die Erdrotation mitnimmt.
Je näher der Startplatz einer Rakete am Äquator liegt, umso größer ist der „Schwung“, den sie durch die Erdrotation mitnimmt.