Rakete

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Dieser Artikel behandelt den als Rakete bezeichneten Flugkörper; weitere Bedeutungen sind unter Rakete (Begriffsklärung) zu finden.
Start einer Saturn V mit Apollo 8 an der Spitze
Raketengeschütz, 1865 (HGM)
.
Aufstieg des Space Shuttles Atlantis
Sojus-FG startet das bemannte Raumschiff Sojus TMA-5
Spielzeugrakete (Sowjetunion, 1969)[1]

Eine Rakete (von italienisch rocchettaSpindel‘) ist ein Flugkörper mit Rückstoßantrieb (Raketenantrieb), der während des Betriebs unabhängig von externer Stoffzufuhr (beispielsweise Oxidator) ist und daher auch im luftleeren Raum beschleunigen kann. Raketen werden insbesondere als militärische Waffe, in der Raumfahrt und als Feuerwerkskörper eingesetzt.

Raketen, die eine sehr umfassende Eigensteuerung haben und zum Beispiel beweglichen Zielen folgen, werden auch als Lenkflugkörper 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 Größenordnungen von Feuerwerksraketen bis hin zu der riesigen Energija oder der Saturn V, die im Apollo-Programm – dem bemannten Flug zum Mond – eingesetzt wurde.

Geschichte[Bearbeiten]

Der erste überlieferte 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 Flugkörper 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 siebenbürgischen Hermannstadt statt.[2] Der Flugkörper verfügte bereits über ein Drei-Stufen-Antriebssystem. (siehe: Conrad Haas)

Im 17. Jahrhundert soll Lagâri Hasan Çelebi gemäß den Chroniken von Süleyman Çelebi an der Küste des Bosporus unterhalb vom Topkapı-Palast (heute: Istanbul) ca. 20 Sekunden mit einer selbstgemachten Rakete geflogen sein, um dann mit Flügeln im Wasser zu landen. Genaue Daten oder unabhängige Drittberichte, die diesen Flug bezeugen, sind allerdings nicht bekannt.

1804 stellte der Engländer William Congreve mit der von ihm entwickelten und später nach ihm benannten Raketenwaffe, einer Art Brandrakete, erste größere Versuche an; die Waffe wurde 1806 bei Boulogne, 1807 beim Beschuss von Kopenhagen, 1809 beim Angriff auf die französische Flotte bei Île d’Aix und bei der Beschießung von Vlissingen und 1813/1814 vor Glückstadt eingesetzt. Während der Befreiungskriege schickten die Engländer ihren Verbündeten Raketenbatterien, die 1813 bei den Belagerungen von Wittenberg und Danzig sowie in der Völkerschlacht bei Leipzig zum Einsatz kamen. Congreves Raketen wurden ferner im Krieg von 1812 gegen die Amerikaner eingesetzt.

Nach genauem Studium der englischen Raketenwaffen führte in der Folge der österreichische Freiherr Vincenz von Augustin diese neue Waffe in der österreichischen Armee ein. Augustin war ab 1814 Chef der Kriegsraketenanstalt und hatte als Kommandant bis 1838 das in der österreichischen Artillerie neuerrichtete Raketenkorps (Feuerwerkskorps) in Wiener Neustadt unter sich. Aus dem Jahr 1865 stammt ein österreichisches Raketengeschütz für achtpfündige Rotationsraketen, das sich im Heeresgeschichtlichen Museum in Wien befindet.[3] In Weiterentwicklung der Konstruktion des Briten William Hale (1797–1870) wurde die Stabilisierung der Raketen nicht mehr durch einen Stab, sondern durch das Treibmittel selbst erreicht. Die Pulvergase traten nach der Zündung nicht nur durch die hintere Antriebsöffnung, sondern auch durch seitlich angelegte Bohrungen aus und versetzten die Rakete damit in Rotation.[4]

Hauptartikel: Geschichte der Raumfahrt

1903 veröffentlichte Konstantin Ziolkowski die Raketengrundgleichung und stellte damit das Prinzip der Mehrstufenrakete auf eine wissenschaftliche Basis.[5]

Der Physiker Hermann Oberth führte Anfang des 20. Jahrhunderts eine Reihe von grundlegenden Raketenversuchen durch. 1923 publizierte er Die Rakete zu den Planetenräumen, eine Version seiner Dissertation, die von der Universität Heidelberg abgelehnt worden war.

1926 testete Robert Goddard in den USA erfolgreich seine selbst entwickelte Rakete mit Flüssigtreibstoff. Bei Opel begann 1927 die Raketenforschung mit einem eigens konstruierten Prüfstand 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, Gründer des VfR (Verein für Raumschiffahrt), der erste Start einer Flüssigkeitsrakete 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 rückstoßgetriebenen Bewegung), einer Unterorganisation der OSSOAWIACHIM, entwickelt. 1942 hob die erste gesteuerte und flugstabilisierte Großrakete, das deutsche Aggregat 4, in Peenemünde ab und leitete damit die Entwicklung ein, die zur Nutzung von Raketen als Transportmittel für Massenvernichtungswaffen führte. Den ersten bemannten Senkrechtstart eines Raketenflugzeugs führte 1945 Lothar Sieber in einer Ba 349 Natter aus. Der Flug endete mit einem tödlichen Absturz. 1957 verließ eine modifizierte sowjetische Interkontinentalrakete vom Typ R-7 die Erdatmosphäre und brachte den Satelliten Sputnik 1 in eine Umlaufbahn um die Erde.

Aufbau[Bearbeiten]

Jede Rakete besteht aus den folgenden Baugruppen:

Die Baugruppen werden durch die Hülle zusammengehalten. Dabei können einzelne Baugruppen auch mehrfach vorkommen (Mehrstufenrakete).

Triebwerk[Bearbeiten]

Für eigenstartfähige Flugkörper werden in der Regel chemische Raketentriebwerke verwendet, wobei man zwischen Flüssigkeits- und Feststoff-Triebwerken unterscheidet.

Der Begriff Rakete ist allerdings nicht auf Funktionsprinzipien beschränkt, die auf der Verbrennung von Treibstoffen beruhen. Im Bereich sehr kleiner Raketen kann die Stützmasse auch aus einfachem Wasser bestehen, das mit Hilfe komprimierter Luft nach hinten ausgestoßen wird. Man spricht dann von einer Wasserrakete.

Bereits erprobte Nukleartriebwerke wurden bisher aus Sicherheits- und Umweltschutzgründen nicht eingesetzt. Elektrische Raketentriebwerke werden nur für bereits gestartete Raumsonden und Satelliten verwendet, da ihre geringen Schubkräfte zur Überwindung der irdischen Schwerkraft unzureichend und nur im Weltraum effektiv sind (Ionenantrieb).

Steuer- und Lenkeinrichtungen[Bearbeiten]

Wie alle Flugkörper braucht die Rakete Steuerelemente, die die Rakete auf Kurs bringen und halten. Auch müssen diese Einheiten die Fluglage stabil halten. Für den Flug in der Erdatmosphäre besitzen Raketen sogenannte „Finnen“ oder „Flossen“. Sie nutzen den auftretenden Luftstrom während 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 Erdatmosphäre möglich.

Der größte 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 gewünschte Richtung schiebt; dieses Steuersystem arbeitet unabhängig von der Umgebung.

Für eine präzise Steuerung im Weltraum sind Steuerdüsen nötig. Diese sind oft sehr klein und verfügen über nur geringe Schübe. Mit ihnen kann die Rakete in jede Richtung gesteuert werden.

Ungelenkte Raketen[Bearbeiten]

Ungelenkte Raketen werden durch den Startwinkel ausgerichtet und während des Fluges lediglich aerodynamisch stabilisiert. Dies erfolgt durch Drallstabilisation, einen Stabilisierungsstab oder Leitwerke, welche ggf. auch Drall erzeugen können. Die Leitwerke befinden sich meist am hinteren Ende der Rakete, jedoch immer hinter deren Schwerpunkt. Beispiele hierfür sind Feuerwerksraketen, Modellraketen, kleinere Höhenforschungsraketen (beispielsweise MMR06-M), zahlreiche militärische Raketen kürzerer Reichweite (zum Beispiel Katjuscha), einfache Boden-Boden-/Boden-Luft-Raketen oder Geschosse von Raketenpistolen und Raketengeschützen.

Gelenkte Raketen[Bearbeiten]

Gelenkte Raketen unterliegen während des Fluges einer Kursüberwachung und haben die Möglichkeit, den Kurs zu korrigieren. Dabei kann die Kurskorrektur autonom oder durch eine Leitstation erfolgen.

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

  • Leitwerke wirken auf die umgebende Luft und können damit bei Flügen in der Atmosphäre auch nach Brennschluss genutzt werden.
  • Strahlruder wirken direkt im ausgestoßenen Gasstrom.
  • Schwenkbare Expansionsdüsen, oder gas-dynamic-steering.
  • Steuertriebwerke, die seitlich der Längsachse wirken.

Im militärischen Bereich werden gelenkte Raketen als Flugkörper bezeichnet.

Beispiele hierfür sind militärische Raketen größerer Reichweite – die erste in Serie gebaute ballistische und gesteuerte Rakete war die A4, außerdem Flugabwehrraketen und Panzerabwehrraketen, größere Höhenforschungsraketen und Trägerraketen.

Hülle[Bearbeiten]

Die Hülle von Raketen muss zugunsten des Treibstoffes und der Nutzlast möglichst leicht sein. Um nach Abbrand einer gewissen Treibstoffmenge möglichst wenig Totlast mitzuführen, werden größere Raketen mehrstufig ausgelegt – nach dem Brennschluss einer Stufe wird diese abgetrennt und die nächste Stufe gezündet. Die Trennung erfolgt meist durch Absprengen (Pyrobolzen), kann aber auch durch Zündung der nachfolgenden Stufe erfolgen. Dadurch wird die nutzbare Energie optimiert, die spezifische Leistung und Nutzlastkapazität erhöht. Es gibt in der Raumfahrt bis zu fünfstufige Raketensysteme.

Für Flüge in der Atmosphäre muss die Hülle 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 Hülle durch einen erhöhten Innendruck gehalten. Die Masse der Hülle beträgt im Vergleich zur Gesamtmasse einer Rakete (Masse der Hülle, der Nutzlast und des Treibstoffes) sehr oft nur einen Bruchteil derer. Bei manchen Trägerraketen macht die Hülle sogar nur 5 % der Gesamtmasse aus. Die Hülle 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[Bearbeiten]

Raketenunfälle[Bearbeiten]

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[Bearbeiten]

Datum Unglücksort Anzahl der Todesopfer Art des Unglücks
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 stürzt eine A4-Rakete in einen Schützengraben, in dem sich mehrere Personen befinden – mehrere Tote.
28. August 1944 KZ-Nebenlager Redl-Zipf, Deutsches Reich 24 Explosion eines A4-Versuchstriebwerk auf dem Raketenprüfstand „Schlier“. Unter den Toten ist die Raketentechnikerin Ilse Oberth, Tochter Hermann Oberths.
24. Oktober 1960 Baikonur, Kasachische SSR über 126 Explosion einer R-16 auf der Startrampe (siehe Nedelin-Katastrophe)
14. April 1964 Cape Canaveral, USA 3 Rakete zündet im Montageraum.
7. Mai 1964 Braunlage, Deutschland 3 Bei der Vorführung von Postraketen von Gerhard Zucker explodiert eine Rakete kurz nach dem Start, Trümmer 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-Flugzeugträgers USS Forrestal abgestellten Flugzeug wird versehentlich eine Rakete gestartet, trifft eine andere Maschine und führt 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 Alcântara, Brasilien 21 Explosion einer VLS-1-Rakete auf der Startrampe

Tödliche Raketenunfälle bei bemannten Flügen und der Raumfahrt[Bearbeiten]

Datum Fluggerät Anzahl der Todesopfer Art des Unglücks
1. März 1945 Bachem Ba 349 Natter 1 Absturz nach Start. Erster bemannter Raketenflug überhaupt. Pilot: OLT Lothar Sieber. Eine Starthilfsrakete konnte nicht abgeworfen werden, was bei dem anschließenden Manöver das Auslösen 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 Beim Eintritt in die Erdatmosphäre bricht der Shuttle auseinander. Ursache war ein beim Start durch abfallende Isolationsteile des Außentanks verursachter Defekt im Hitzeschutzmantel des Shuttles.

Physikalische Grundlagen[Bearbeiten]

Obgleich es sehr unterschiedliche technische Realisierungen von Raketen gibt, beruhen alle auf der Übertragung von Impuls von entgegen der gewünschten 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[Bearbeiten]

Literatur[Bearbeiten]

  • Philipp Burkhalter: Raketen und Raumfahrt - Funktionsweise und Herstellung von Raketen leicht verständlich erklärt. Burkhalter Verlag, Bern 2011, ISBN 3-033-02876-4.
  • Volkhard Bode, Gerhard Kaiser: Raketenspuren. Peenemünde 1936–1996 – Eine historische Reportage mit aktuellen Fotos. Christoph Links Verlag – LinksDruck GmbH, Berlin 1996, ISBN 3-86153-112-7.
  • Gerhard Reisig: Raketenforschung in Deutschland. Wie die Menschen das All eroberten. Agentur Klaus Lenser, Münster 1997, ISBN 3-89019-500-8.
  • Michael J. Neufeld: Die Rakete und das Reich. Wernher von Braun, Peenemünde 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. 40–45.

Weblinks[Bearbeiten]

 Wiktionary: Rakete – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen
 Commons: Raketen – Sammlung von Bildern

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. Bild: RIA Novosti archive, image #566218 / Oleg Ivanov / CC-BY-SA 3.0
  2. Wissenschaft Online. Website der Spektrum der Wissenschaft Verlagsgesellschaft mbH. Abgerufen am 25. Januar 2010.
  3. Heeresgeschichtliches Museum (Hrsg.): Das Heeresgeschichtliche Museum in Wien. Wien/ Graz 1960, S. 51
  4. Manfried Rauchensteiner, Manfred Litscher (Hg.): Das Heeresgeschichtliche Museum in Wien, Graz, Wien 2000 S. 51.
  5. Konstantin Eduardowitsch Ziolkowski: Erforschung des Weltraums mittels Reaktionsapparaten (russisch) in Wissenschaftliche Rundschau, St-Petersburg, Nr. 5, 1903.