Rakete

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Rakete
Start einer Saturn V mit Apollo 8 an der Spitze
A4 (National Air & Space Museum, Washington)
Raketengesch√ľtz, 1865 (HGM)
.
Aufstieg des Space Shuttles Atlantis
Sojus-FG startet das bemannte Raumschiff Sojus TMA-5

Eine Rakete (von italienisch rocchetta ‚ÄöSpindel‚Äė) ist ein Flugk√∂rper mit R√ľcksto√üantrieb (Raketenantrieb), der w√§hrend des Betriebs unabh√§ngig von externer Stoffzufuhr (beispielsweise Oxidator) ist und daher auch im luftleeren Raum beschleunigen kann. Raketen werden insbesondere als milit√§rische Waffe, in der Raumfahrt und als Feuerwerksk√∂rper eingesetzt.

Raketen, die eine sehr umfassende Eigensteuerung haben und zum Beispiel beweglichen Zielen folgen, werden auch als Lenkflugk√∂rper eingeordnet. Im Gegensatz zu Geschossen haben Raketen lange Beschleunigungsphasen. Wegen der dadurch deutlich geringeren Belastungen kann die Struktur der Rakete sehr leicht gehalten werden. Bei Raketen reichen die Gr√∂√üenordnungen von Feuerwerksraketen bis hin zu der riesigen Energija oder der Saturn V, die im Apollo-Programm ‚Äď dem bemannten Flug zum Mond ‚Äď eingesetzt wurde.

Inhaltsverzeichnis

Geschichte

‚Üí Hauptartikel: Geschichte der Raumfahrt

Der erste √ľberlieferte Raketenstart fand im Jahr 1232 im Kaiserreich China statt. Im Krieg gegen die Mongolen setzten die Chinesen in der Schlacht von Kaifeng eine Art Rakete ein: Dabei feuerten sie eine Vielzahl simpler, von Schwarzpulver angetriebener Flugk√∂rper auf die Angreifer ab. Die Raketen sollten weniger den Gegner verletzen, als die feindlichen Pferde erschrecken. In Europa fand der erste dokumentierte Start einer Rakete 1555 im siebenb√ľrgischen Hermannstadt statt.[1] Der Flugk√∂rper verf√ľgte bereits √ľber ein Drei-Stufen-Antriebssystem.

Im 17. Jahrhundert flog Lag√Ęri Hasan √áelebi gem√§√ü den Chroniken von S√ľleyman √áelebi an der K√ľste unterhalb vom TopkapńĪ-Palast ca. 20 Sekunden mit einer selbstgemachten Rakete. Genaue Daten oder unabh√§ngige Drittberichte, die diesen Flug bezeugen, sind allerdings nicht bekannt.

1804 stellte der Engl√§nder William Congreve mit der von ihm entwickelten und sp√§ter nach ihm benannten Raketenwaffe, einer Art Brandrakete, erste gr√∂√üere Versuche an; die Waffe wurde 1806 bei Boulogne, 1807 beim Bombardement von Kopenhagen, 1809 beim Angriff auf die franz√∂sische Flotte bei √éle d‚ÄôAix und bei der Beschie√üung von Vlissingen und 1813/1814 vor Gl√ľckstadt eingesetzt. W√§hrend der Befreiungskriege schickten die Engl√§nder ihren Verb√ľndeten Raketenbatterien, die 1813 bei den Belagerungen von Wittenberg und Danzig sowie in der V√∂lkerschlacht bei Leipzig zum Einsatz kamen. Congreves Raketen wurden ferner im Krieg von 1812 gegen die Amerikaner eingesetzt.

Nach genauem Studium der englischen Raketenwaffen f√ľhrte in Folge der √∂sterreichische Freiherr Vincenz von Augustin diese neue Waffe in der √∂sterreichischen Armee ein. Augustin war ab 1814 Chef der Kriegsraketenanstalt und hatte als Kommandant bis 1838 das in der √∂sterreichischen Artillerie neuerrichtete Raketenkorps (Feuerwerkskorps) in Wiener Neustadt unter sich. Aus dem Jahr 1865 stammt ein √∂sterreichisches Raketengesch√ľtz f√ľr achtpf√ľndige Rotationsraketen, das sich im Heeresgeschichtlichen Museum in Wien befindet. In Weiterentwicklung der Konstruktion des Briten Halle wurde die Stabilisierung der Raketen nicht mehr durch einen Stab, sondern durch das Treibmittel selbst erreicht. Die Pulvergase traten nach der Z√ľndung nicht nur durch die hintere Antriebs√∂ffnung, sondern auch durch seitlich angelegte Bohrungen aus und versetzten die Rakete damit in Rotation.[2]

Der Physiker Hermann Oberth f√ľhrte Anfang des 20. Jahrhunderts eine Reihe von grundlegenden Raketenversuchen durch. 1923 publizierte er Die Rakete zu den Planetenr√§umen, eine Version seiner Dissertation, die von der Universit√§t Heidelberg abgelehnt worden war.

1926 testete Robert Goddard in den USA erfolgreich seine selbst entwickelte Rakete mit Fl√ľssigtreibstoff. Bei Opel begann 1927 die Raketenforschung mit einem eigens konstruierten Pr√ľfstand zur Messung der Schubkraft der Raketen. Auch Max Valier und Friedrich Wilhelm Sander nahmen daran teil. Am 11. April 1928 steuerte Kurt C. Volkhart das erste Ergebnis von Opels Forschung auf der Werksrennbahn: das Raketenauto RAK1. Fritz von Opel absolvierte im September 1929 auf dem Frankfurt-Rebstock den vermutlich ersten bemannten Raketenflug der Welt. Er erreichte mit dem Opel-Sander RAK-1-Flugzeug eine Geschwindigkeit von 150 km/h. 1931 gelang Johannes Winkler, Gr√ľnder des VfR (Verein f√ľr Raumschiffahrt), der erste Start einer Fl√ľssigkeitsrakete in Europa. In der Sowjetunion wurden 1935 die Raketen GIRD-09 und GIRD-X gestartet. Beide Raketen wurden von der GIRD (Gruppe zum Studium der r√ľcksto√ügetriebenen Bewegung), einer Unterorganisation der OSSOAWIACHIM, entwickelt. 1942 hob die erste gesteuerte und flugstabilisierte Gro√ürakete, das deutsche Aggregat 4, in Peenem√ľnde ab und leitete damit die Entwicklung ein, die zur Nutzung von Raketen als Transportmittel f√ľr Massenvernichtungswaffen f√ľhrte. Den ersten bemannten Senkrechtstart eines Raketenflugzeugs f√ľhrte 1945 Lothar Sieber in einer Ba 349 Natter aus. Der Flug endete mit einem t√∂dlichen Absturz. 1957 verlie√ü eine modifizierte sowjetische Interkontinentalrakete vom Typ R-7 die Erdatmosph√§re und brachte den Satelliten Sputnik 1 in eine Umlaufbahn um die Erde.

Aufbau

Jede Rakete besteht aus den folgenden Baugruppen:

Die Baugruppen werden durch die H√ľlle zusammengehalten. Dabei k√∂nnen einzelne Baugruppen auch mehrfach vorkommen (Mehrstufenrakete).

Triebwerk

F√ľr eigenstartf√§hige Flugk√∂rper werden chemische Raketentriebwerke verwendet, wobei man zwischen Fl√ľssigkeits- und Feststoff-Triebwerken unterscheidet. Bereits erprobte Nukleartriebwerke wurden bisher aus Sicherheits- und Umweltschutzgr√ľnden nicht eingesetzt. Elektrische Raketentriebwerke werden nur f√ľr bereits gestartete Raumsonden und Satelliten verwendet, da ihre geringen Schubkr√§fte zur √úberwindung der irdischen Schwerkraft unzureichend und nur im Weltraum effektiv sind (Ionenantrieb).

Steuer- und Lenkeinrichtungen

Wie alle Flugk√∂rper braucht die Rakete Steuerelemente, die die Rakete auf Kurs bringen und halten. Auch m√ľssen diese Einheiten die Fluglage stabil halten. F√ľr den Flug in der Erdatmosph√§re besitzen Raketen sogenannte ‚ÄěFinnen‚Äú oder ‚ÄěFlossen‚Äú. Sie nutzen den auftretenden Luftstrom w√§hrend des Fluges, vergleichbar mit der Funktion eines Leitwerks bei einem Flugzeug, und halten die Rakete gerade zur Flugrichtung und verhindern so ein Abdriften. Die Rakete kann auch mit den Finnen gesteuert werden; diese Art der Steuerung ist nur innerhalb der Erdatmosph√§re m√∂glich.

Der gr√∂√üte Teil aller Raketen wird durch direktes Schwenken des Triebwerks oder eingebaute Strahlruder gesteuert. Hierbei wird der Gasstrom des Triebwerkes so gelenkt, dass sich die Rakete in die gew√ľnschte Richtung schiebt; dieses Steuersystem arbeitet unabh√§ngig von der Umgebung.

F√ľr eine pr√§zise Steuerung im Weltraum sind Steuerraketen n√∂tig. Diese sind oft sehr klein und verf√ľgen √ľber nur geringe Sch√ľbe. Mit ihnen kann die Rakete in jede Richtung gesteuert werden.

Ungelenkte Raketen

Ungelenkte Raketen werden durch den Startwinkel ausgerichtet und w√§hrend des Fluges lediglich aerodynamisch stabilisiert. Dies erfolgt durch Drallstabilisation, einen Stabilisierungsstab oder Leitwerke, welche ggf. auch Drall erzeugen k√∂nnen. Die Leitwerke befinden sich meist am hinteren Ende der Rakete, jedoch immer hinter deren Schwerpunkt. Beispiele hierf√ľr sind Feuerwerksraketen, Modellraketen, kleinere H√∂henforschungsraketen (beispielsweise MMR06-M), zahlreiche milit√§rische Raketen k√ľrzerer Reichweite (zum Beispiel Katjuscha), einfache Boden-Boden-/Boden-Luft-Raketen oder Geschosse von Raketenpistolen und Raketengesch√ľtzen.

Gelenkte Raketen

Gelenkte Raketen unterliegen w√§hrend des Fluges einer Kurs√ľberwachung und haben die M√∂glichkeit, den Kurs zu korrigieren. Dabei kann die Kurskorrektur autonom oder durch eine Leitstation erfolgen.

Die Kurskorrektur wird meist durch ein die Raumlage √ľberwachendes Kreiselsystem eingeleitet, auch inertiales Navigationssystem genannt. Es wird heute zum Beispiel durch GPS-Steuerung erg√§nzt. Dies kann durch folgende Steuerglieder erfolgen:

  • Leitwerke wirken auf die umgebende Luft und k√∂nnen damit bei Fl√ľgen in der Atmosph√§re auch nach Brennschluss genutzt werden.
  • Strahlruder wirken direkt im ausgesto√üenen Gasstrom.
  • Schwenkbare Expansionsd√ľsen, oder gas-dynamic-steering.
  • Steuertriebwerke, die seitlich der L√§ngsachse wirken.

Im militärischen Bereich werden gelenkte Raketen als Flugkörper bezeichnet.

Beispiele hierf√ľr sind milit√§rische Raketen gr√∂√üerer Reichweite ‚Äď die erste in Serie gebaute ballistische und gesteuerte Rakete war die A4, au√üerdem Flugabwehrraketen und Panzerabwehrraketen, gr√∂√üere H√∂henforschungsraketen und Tr√§gerraketen.

H√ľlle

Die H√ľlle von Raketen muss zugunsten des Treibstoffes und der Nutzlast m√∂glichst leicht sein. Um nach Abbrand einer gewissen Treibstoffmenge m√∂glichst wenig Totlast mitzuf√ľhren, werden gr√∂√üere Raketen mehrstufig ausgelegt ‚Äď nach dem Brennschluss einer Stufe wird diese abgetrennt und die n√§chste Stufe gez√ľndet. Die Trennung erfolgt meist durch Absprengen (Pyrobolzen), kann aber auch durch Z√ľndung der nachfolgenden Stufe erfolgen. Dadurch wird die nutzbare Energie optimiert, die spezifische Leistung und Nutzlastkapazit√§t erh√∂ht. Es gibt in der Raumfahrt bis zu f√ľnfstufige Raketensysteme.

F√ľr Fl√ľge in der Atmosph√§re muss die H√ľlle aerodynamisch geeignet ausgelegt sein, weiterhin kann es zu erheblichen thermischen Belastungen durch Luftreibung kommen. Bei manchen Raketen, wie der US-amerikanischen Atlas-Rakete, wird die H√ľlle durch einen erh√∂hten Innendruck gehalten. Die Masse der H√ľlle betr√§gt im Vergleich zur Gesamtmasse einer Rakete (Masse der H√ľlle, der Nutzlast und des Treibstoffes) sehr oft nur einen Bruchteil derer. Bei manchen Tr√§gerraketen macht die H√ľlle sogar nur 5 % der Gesamtmasse aus. Die H√ľlle und Strukturen einer Rakete werden meistens aus Aluminium gefertigt, da dieses Metall relativ leicht und stabil ist. Bauteile, die unter hoher Beanspruchung stehen, werden aus Stahl oder Titan gebaut.

Träger- und Höhenforschungsraketen

Raketenunfälle

Obwohl sich bei der Entwicklung und Erprobung von Raketen viele Explosionen ereigneten, gab es nur wenige Raketenunfälle mit Personenschaden, da im Regelfall sehr strenge Sicherheitsmaßnahmen angewandt wurden.

Tödliche Raketenunfälle mit Opfern am Boden

Datum Ungl√ľcksort Anzahl der Todesopfer Art des Ungl√ľcks
17. Mai 1930 Berlin, Deutsches Reich 1 Max Valier stirbt bei Brennkammerexplosion
10. Oktober 1933 Bohmte, Deutsches Reich 3 Explosion in der Werkstatt von Reinhold Tiling
16. Juli 1934 Kummersdorf, Deutsches Reich 3 Triebwerksexplosion bei Bodentest
1944? Tucheler Heide, Deutsches Reich  ? Bei einem Versuchsstart st√ľrzt eine A4-Rakete in einen Sch√ľtzengraben, in dem sich mehrere Personen befinden ‚Äď mehrere Tote.
28. August 1944 KZ-Nebenlager Redl-Zipf, Deutsches Reich 24 Explosion eines A4-Versuchstriebwerk auf dem Raketenpr√ľfstand ‚ÄěSchlier‚Äú. Unter den Toten ist die Raketentechnikerin Ilse Oberth, Tochter Hermann Oberths.
24. Oktober 1960 Baikonur, Kasachische SSR √ľber 126 Explosion einer R-16 auf der Startrampe (siehe Nedelin-Katastrophe)
14. April 1964 Cape Canaveral, USA 3 Rakete z√ľndet im Montageraum.
7. Mai 1964 Braunlage, Deutschland 3 Bei der Vorf√ľhrung von Postraketen von Gerhard Zucker explodiert eine Rakete kurz nach dem Start, Tr√ľmmer treffen Menschen in der Zuschauermenge.
14. Dezember 1966 Baikonur, Kasachische SSR 1 (?) Fehlstart eines unbemannten Sojus-Raumschiffes. Der Rettungsturm setzt die Rakete in Brand, die daraufhin explodiert. Siehe Kosmos 133.
29. Juli 1967 Golf von Tonkin 134 Von einem auf dem Flugdeck des US-Flugzeugtr√§gers USS Forrestal abgestellten Flugzeug wird versehentlich eine Rakete gestartet, trifft eine andere Maschine und f√ľhrt zu einer Kettenreaktion aus auslaufendem Treibstoff und explodierender Munition. Siehe Forrestal-Katastrophe.
26. Juni 1973 Plessezk, RSFSR 9 Explosion einer Kosmos-3M auf der Startrampe
18. März 1980 Plessezk, RSFSR 48 Explosion einer Wostok-2M auf der Startrampe
14. Februar 1996 Xichang, Volksrepublik China 6 Absturz einer CZ-3B-Rakete kurz nach dem Start in ein nahegelegenes Dorf.
15. Oktober 2002 Plessezk, Russland 1 Explosion beim Start einer Sojus-Rakete
22. August 2003 Alc√Ęntara, Brasilien 21 Explosion einer VLS-1-Rakete auf der Startrampe

T√∂dliche Raketenunf√§lle bei bemannten Fl√ľgen und der Raumfahrt

Datum Flugger√§t Anzahl der Todesopfer Art des Ungl√ľcks
1. M√§rz 1945 Bachem Ba 349 Natter 1 Absturz nach Start. Erster bemannter Raketenflug √ľberhaupt. Pilot: OLT Lothar Sieber. Eine Starthilfsrakete konnte nicht abgeworfen werden, was bei dem anschlie√üenden Man√∂ver das Ausl√∂sen des Bremsschirms verhinderte.
28. Januar 1986 STS-51-L (Challenger) 7 Explosion kurz nach dem Start. Aus einer undichten Starthilfsrakete austretende Abgase verursachen die Explosion des Haupttreibstofftanks.
1. Februar 2003 STS-107 (Columbia) 7 Auseinanderbrechen des Shuttles beim Wiedereintritt in Erdatmosphäre. Ursache war ein beim Start durch abfallende Isolationsteile des Außentanks verursachter Defekt im Hitzeschutzmantel des Shuttles.

Physikalische Grundlagen

Obgleich es sehr unterschiedliche technische Realisierungen von Raketen gibt, beruhen alle auf der √úbertragung von Impulsen von entgegen der gew√ľnschten Richtung der Beschleunigung der Rakete ausgeworfener Masse.

Den Zusammenhang zwischen der Masse der Rakete und der des Antriebsstoffs beschreibt die Raketengrundgleichung. Sie folgt aus der Newtonschen Mechanik und wurde 1903 von dem russischen Physiker Konstantin Ziolkowski erstmals aufgestellt.

Siehe auch

Literatur

  • Philipp Burkhalter: Raketen und Raumfahrt - Funktionsweise und Herstellung von Raketen leicht verst√§ndlich erkl√§rt. Burkhalter Verlag, Bern 2011, ISBN: 3-03302-876-4.
  • Volkhard Bode, Gerhard Kaiser: Raketenspuren. Peenem√ľnde 1936‚Äď1996 ‚Äď Eine historische Reportage mit aktuellen Fotos. Christoph Links Verlag ‚Äď LinksDruck GmbH, Berlin 1996, ISBN 3-86153-112-7.
  • Gerhard Reisig: Raketenforschung in Deutschland. Wie die Menschen das All eroberten. Agentur Klaus Lenser, M√ľnster 1997, ISBN 3-89019-500-8.
  • Michael J. Neufeld: Die Rakete und das Reich. Wernher von Braun, Peenem√ľnde und der Beginn des Raketenzeitalters. Henschel Verlag, Berlin 1999, ISBN 3-89487-325-6.
  • Harald Lutz: Die vergessenen Raketenexperimente von Cuxhaven. In: Sterne und Weltraum 44(3), 2005, ISSN 0039-1263, S. 40‚Äď45.

Weblinks

Wiktionary Wiktionary: Rakete ‚Äď Bedeutungserkl√§rungen, Wortherkunft, Synonyme, √úbersetzungen
 Commons: Rockets ‚Äď Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise

  1. ‚ÜĎ Wissenschaft Online. Website der Spektrum der Wissenschaft Verlagsgesellschaft mbH. Abgerufen am 25. Januar 2010.
  2. ‚ÜĎ Manfried Rauchensteiner, Manfred Litscher (Hg.): Das Heeresgeschichtliche Museum in Wien, Graz, Wien 2000 S. 51.

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