Rakete - Astronomie.

« mit dem festen Brennstoff.

Der flüssige Oxidator wird über ein Regelventil und eine Einspritzdüse in die Brennkammer eingespritzt.

Mit diesem System werden die Vorteileder festen Treibstoffe (einfache Handhabung) mit denen der Flüssigkeiten vereint.

Mit Hilfe des Regelventils lässt sich die Flüssigkeitszufuhr und damit dasVerbrennungstempo regulieren oder sogar stoppen, wenn es erforderlich ist. 4 ALLGEMEINER AUFBAU EINER DÜSE Um eine möglichst hohe Schubleistung und damit hohe Geschwindigkeit zu erreichen, muss das Triebwerk einer Rakete mit weit auslaufenden Düsen ausgestattet sein.

DieBrennkammer ist der eigentlichen Düse direkt vorgeschaltet.

Die Mündung der Brennkammer verjüngt sich zur Düse hin, d.

h.

sie wird schmaler.

Die Düse selbst wird zumEnde hin immer breiter.

Dadurch kann der Durchmesser des Düsenendes das Vier- bis Fünffache des Durchmessers der Brennkammer betragen. Ein ernsthaftes Wärmeübertragungsproblem erzeugen die Hochgeschwindigkeitsgase an der Düsenwand, besonders wenn die Startzeit mehrere Minuten und nicht nurSekunden beträgt ( siehe Wärmeübertragung).

Am größten ist dieses Problem in dem Bereich zwischen Brennkammer und Düse.

Hier wendet man häufig die so genannte regenerative Kühlung an.

Beispielsweise kann in einem Triebwerk mit flüssigem Wasserstoff und flüssigem Sauerstoff der extrem kalte Wasserstoff (unter -250 °C) durchein System von schmalen Leitungen in der Düsenwand zur Brennkammer hochgepumpt werden.

Mit dieser Verfahrensweise gelingt die Kühlung der problematischenStellen. 5 WEITERE RAKETENTYPEN NACH ANTRIEBSART Bei elektrischen Raketen nutzt man entweder eine leistungsstarke Energieversorgung (z.

B.

mit Kernenergie) oder eine externe Energiequelle, in diesem FallSonnenenergie.

Mit den Triebwerken elektrischer Raketen lassen sich zwar hohe Ausströmgeschwindigkeiten erreichen, aber aufgrund des ebenfalls hohen Energiebedarfsbleibt die Schubleistung gering.

Man unterscheidet den elektrothermischen Antrieb vom elektrostatischen Antrieb.

In elektrothermischen Raketen wird der Treibstoff (z.

B.Ammoniak oder Wasserstoff) über ein Pumpensystem in die Brennkammer gefördert und durch ein Widerstandselement (Resistojet) oder einen Lichtbogen (Arcjet)gezündet.

Bei elektrostatischen Raketen beschleunigt man elektrisch geladene Teilchen, in erster Linie Ionen, in einem elektrischen Feld (Ionentriebwerk).

Als Brennstoffewerden beispielsweise Cäsium, Quecksilber oder in neueren Modellen auch Xenon verwendet.

Im Fall des Edelgases werden die Xenonatome (mit Hilfe von Solarenergie) ineiner Kammer zunächst ionisiert, dann durch elektrische Felder beschleunigt und schließlich, durch Magnetfelder zu einem scharfen Strahl gebündelt, über das Düsensystemausgestoßen.

Diese Antriebsvariante ist technisch am weitesten entwickelt.

Die erste Sonde mit Ionenantrieb startete die NASA am 24.

Oktober 1998. Die ESA startete am 12.

Juli 2001 einen Forschungssatelliten mit Ionenantrieb ins All.

Der Satellit Artemis wurde auf Grund eines technischen Defekts der dritten Stufe der Transportrakete zunächst nur auf eine Höhe von 17 000 Kilometern gebracht – geplant waren 36 000 Kilometer.

Mit Hilfe der bordeigenen Verbrennungstriebwerke konntesich der Satellit immerhin auf 31 000 Kilometer Höhe befördern.

Schließlich gelang es mit dem ebenfalls an Bord befindlichen Ionenantrieb, den Satelliten im Januar 2003auf die gewünschten 36 000 Kilometer Höhe zu bringen. Mit Smart-1 startete die ESA am 29.

September 2003 einen Forschungssatelliten, der nur mit einem Ionenantrieb ausgestattet ist.

Smart-1 erreichte im November 2004 die Mondumlaufbahn.

Die Sonde soll die mineralische Zusammensetzung des Mondes genauer als zuvor erfassen, nach Spuren von Wassereis suchen und Daten für einedreidimensionale Karte der Mondoberfläche sammeln. Im elektromagnetischen Triebwerk (auch Plasmastrahltriebwerk) beschleunigt man ein Plasma (Gemisch aus freien Elektronen, Ionen und Neutralteilchen eines Gases)durch elektromagnetische Felder.

Das hypothetische Photonentriebwerk würde einen Strahl von Photonen oder leichten Teilchen mit Lichtgeschwindigkeit ausstoßen und aufdiese Weise den notwendigen Schub erzeugen ( siehe Photon).

Versuche mit dem „Kernenergietriebwerk” wurden wieder eingestellt. Eine der jüngsten Entwicklungen gelang einer Forschergruppe am militärischen Raketenforschungszentrum White Sands (US-Bundesstaat New Mexico) Ende September 1997.

Mit Hilfe eines Kohlendioxid-Lasers konnten die Experten eine zehn Zentimeter kleine Testrakete antreiben.

Dazu erhitzt ein Bodenlaser Luft, die anschließend überein Düsensystem ausgestrahlt wird.

Auf diese Weise überflog die Testrakete eine längere Strecke in einer Höhe von zwei Metern. 6 GESCHICHTE Die Feststoffrakete wurde zu Beginn des 13.

Jahrhunderts in China erfunden.

Was anfangs noch eine Spielerei war soll der Überlieferung zufolge 1232, bei der Belagerungeiner chinesischen Stadt, als Waffe zum Einsatz gekommen sein.

Über die Seidenstraße und insbesondere über arabische Quellen gelangte diese Technik Mitte13.

Jahrhundert auch nach Europa.

Allerdings nutzte man sie nicht nur zu militärischen Zwecken.

Besonders im 17.

Jahrhundert dienten kleinere Ausführungen alsFeuerwerkskörper. Zu Beginn des 19.

Jahrhunderts entwickelte der britische Artillerieoffizier William Congreve eine nach ihm benannte Feststoffrakete, die eine Reichweite von etwa2 000 Metern hatte.

Dieser Typ enthielt einen Blechzylinder, in dem eine drei Kilogramm schwere Ladung explosiven Materials befördert wurde.

Der zur Flugstabilisierungverwendete Stock war vier Meter lang, das Gesamtgewicht lag bei rund 14 Kilogramm. In den darauf folgenden Jahrzehnten stellte man in einigen Armeen Raketenbrigaden auf.

Diese verloren allerdings mit der technischen Weiterentwicklung und Verbesserungder Artillerie an Bedeutung.

Die meisten dieser Brigaden wurden bereits um 1870 wieder aufgelöst.

In der Folgezeit blieben die Raketen nur in den BereichenFeuerwerkskörper, Seenot (Signalraketen) und im Walfang von Bedeutung. Gegen Ende des 19.

Jahrhunderts nahm das Interesse an Raketen wieder zu.

Im Mittelpunkt stand dabei die theoretische und experimentelle Raketenforschung.

EinigeWissenschaftler, wie z.

B.

der russische Mathematiker Ziolkowski, schlugen vor, Raketen als Weltraumfahrzeuge zu nutzen. Im 1.

Weltkrieg verwendete man Raketen in erster Linie zur Signalgebung.

Sie wurden außerdem von Flugzeugen auf militärische Aufklärungsballons abgeschossen.

Zujener Zeit experimentierte der amerikanische Physiker Robert Goddard mit Feststoffraketen und entwickelte eine Ausführung, die wissenschaftliche Messungen in denoberen Schichten der Atmosphäre vornehmen konnte.

Diese Höhen ließen sich mit einem herkömmlichen Ballon nicht erreichen. In der Zeit zwischen 1920 und 1930 begann man mit der Entwicklung von Flüssigkeitsraketen.

Die erste flugfähige Flüssigkeitsrakete baute der Amerikaner Goddard.

Siewurde im März 1926 gestartet, blieb 2,5 Minuten in der Luft und flog etwa 14 Meter sowie 50 Meter weit.

Drei Jahre später führte der deutsche Raketenforscher HermannOberth die ersten viel versprechenden Experimente mit Raketentriebwerken für flüssige Treibstoffe durch.

1931 folgten die ersten erfolgreichen Starts vonFlüssigkeitsraketen von deutschem Boden.

Beide Raketen wurden von dem deutschen Wissenschaftler und Astronomen Johannes Winkler konstruiert.

Die erste Winkler-Rakete (Februar 1931) hob gerade drei Meter vom Erdboden ab, aber die zweite (14.

März 1931) flog 100 Meter hoch und 200 Meter weit.

Beide waren die erstenFlüssigkeitsraketen Europas.

In der Sowjetunion startete die erste Flüssigkeitsrakete am 17.

August 1933.

Sie beruhte u.

a.

auf Arbeiten der Raketenpioniere FriedrichArturowitsch Zander und Sergej Pawlowitsch Koroljow. Nach vielen Vorversuchen entwickelte Wernher von Braun, einer von Oberths Schülern, mit ehemaligen Mitgliedern des „Vereins für Raumschiffahrt” (Berlin) beimdeutschen Heereswaffenamt in Peenemünde die erste große Flüssigkeitsrakete, die in der Praxis funktionierte.

Am 3.

Oktober 1942 wurde die A-4 (Aggregat Nr.

4;Propagandaname: V-2) erstmalig von der Forschungsstation auf der Insel Usedom gestartet.

Die A-4 sollte ursprünglich zivilen Zwecken dienen, erlangte aber alsRaketenwaffe traurige Berühmtheit. Nach dem 2.

Weltkrieg erhielt von Braun den Auftrag, die wissenschaftlichen Arbeiten von Goddard in den USA fortzusetzen.

Von Braun und sein Team arbeiteten in WhiteSands (New Mexico) und wurden 1958 in die NASA integriert, nur zwei Jahre nach deren Gründung.

In der Zwischenzeit gelang es dem sowjetischen Forschungsteam in. »