Wozu braucht man Raketen?

12 Antworten

Hallo  ShishaKanack,

weil Flugzeuge und Raketen unterschiedlich gebaut sind und damit unterschiedlichen Anforderungen gerecht werden... und genau die liegen da halt vor:

Die Atmosphäre der Erde reicht nur ein paar Kilometer hoch.

Ein Flugzeugtriebwerk funktioniert aber - seeeeeehr vereinfacht, gelle - so, dass es vorme Luft anzieht, reinsaugt, innendrin komprimiert... und die so komprimierte und durch das Triebwerk erhitzte Luft hinten eben deutlich beschleunigt wieder rauskommt. Die so entstandene Gegenkraft liefert den Schub.

Im luftleeren Raum... oder schon ab einer gewissen Höhe noch in der Atmosphäre ... funktioniert das nicht mehr: Es gibt dann vorne keine (oder zu wenig, je nach Höhe) Luft mehr zum Ansaugen und das Triebwerk versagt.

Außerdem nimmt der Druck ab da oben. Eine Kabine muss so gebaut sein, diesen Druckunterschieden stand halten zu können. Und da gibt man nicht mehr Aufwand rein als nötig. Auch einen Wiedereintritt schafft das Flugzeug nicht - selbst wenn wir uns jetzt mal spaßeshalber vorstellen, es hätte es überhaupt zum Mond geschafft: Spätestens beim Wiedereintritt zerlegt es eine solch fragile Konstruktion. - Hat ja sogar beim Space Shuttle zu einem der beiden Unfälle geführt und permanent Probleme gemacht.

Last but not least erreicht ein Flugzeug nicht die nötige Endgeschwindigkeit: Um den 380 000 km entfernten Mond zu erreichen, musst Du das Schwerefeld der Erde verlassen. Dafür muss man fast die sogenannte Fluchtgeschwindigkeit aufbringen, sonst hat man nicht die nötige Energie dazu.

https://de.wikipedia.org/wiki/Fluchtgeschwindigkeit_(Raumfahrt)

Fast deshalb, weil die Flugbahn da so gewählt wird, dass die Kapsel durchaus wieder zurückkommt. Aber fast muss es eben schon sein: Rund 10,8 km/s. Für Raketen, die Raumsonden hochbringen, die weiter weg müssen als der Mond, muss man dann auch wirklich noch schneller werden, mindestens eben die 11,2 km/s der Fluchtgeschwindigkeit.

Um das noch mal deutlich zu sagen: 11,2 km/s.. das sind 11,2 *3600 = 40 000 km/h. Das bringt Dir kein Flugzeug. Weil eben auch hier das Triebwerk gar nicht darauf ausgelegt ist, derartige Geschwindigkeiten zu erreichen.

Also: Verschiedene technische Lösungen für verschiedene physikalische Gegebenheiten und Herausforderungen an die Technik! Muss eben so sein. Nur im Kinderfilm bastelt Wallace mit Gromit im Keller seine Rakete einfach selber...

Grüße

Woher ich das weiß:
Recherche

Natürlich liegt der Gedanke nahe, mit luftatmenden Triebwerken zumindest so hoch zu steigen, wie die vorhandene Luft es erlaubt, und erst dort Raketentriebwerke zu zünden, für die man den Sauerstoff in Tanks mitnehmen muß. So könnte man einiges an Treibstoffmasse sparen. Da beide Technologien sehr verschieden sind, werden sie sinnvollerweise nicht in einem Flugkörper kombiniert, sondern man setzt eine raketengertriebene Stufe auf eine luftatmende Stufe. Das Konzept nennt sich air launch to orbit.

Da die Idee so einleuchtend aussieht, werden ja immer wieder solche Raumfahrzeuge entworfen: Sänger, X-37, Shenlong, Pegasus usw.

Was man nicht vergessen darf: Mit dem Aufstieg bis zum Weltraum ist es nicht getan. Ab hier geht es nur noch mit Raketenantrieb weiter und die Beschleunigung fängt hier erst richtig an. Um ein Raumschiff nur auf die notwendige Geschwindigkeit für eine niedrige Umlaufbahn zu beschleunigen (ca 8 km/s bei 100 km Höhe), muß man ihm noch mehrere Male so viel kinetische Energie zuführen wie es an potentieller Energie hat, wenn man es dorthin hinauf befördert hat. Von höheren Umlaufbahnen oder interplanetaren Flügen ganz zu schweigen.

Die X-15 und das SpaceShipOne, die ja von luftatmenden Trägerflugzeugen aus starteten, gehören deshalb nicht ganz in diese Liga, denn sie stiegen zwar erfolgreich bis an die Weltraumgrenze auf, aber beschleunigten dort nicht in eine Umlaufbahn, benötigten schon deshalb nur einen Bruchteil des Energievorrats und konnten deshalb ziemlich leicht sein. Um in den Orbit zu beschleunigen muß die Raketenstufe also viel schwerer sein als diese beiden Flugzeuge, und entsprechend größer muß das luftatmende Flugzeug sein, das sie hochschafft und ausklinkt. Im Fall der X-15 war das aber bereits eine ausgewachsene B-52.

Experimentiert wird heute mit Scramjets, luftatmenden Hyperschalltriebwerken, mit denen man, wie einige meinen, im Prinzip bis auf Orbitgeschwindigkeit oder nahezu bis dahin beschleunigen könnte. Leider ist dabei der Fortschritt in der friedlichen Raumfahrt nicht das vorrangige Motiv.

Dem Prinzip air launch to orbit steht besonders ein schweres technisches Problem im Weg: Luftatmende Triebwerke sind viel schwerer als Raketentriebwerke von gleicher Schubkraft, mit anderen Worten: Ihr Schub-Gewicht-Verhältnis (thrust-to-weight ratio) ist 10 bis 20 mal schlechter. Bei Scramjets ist es noch schlechter.

Der Aufwand, den es bedeutet, ein paar Tonnen Nutzlast in den Orbit zu schaffen, ist also auch mit einer luftatmenden ersten Stufe nicht so leicht zu verringern.

https://en.wikipedia.org/wiki/Air_launch_to_orbit

https://en.wikipedia.org/wiki/Thrust-to-weight_ratio

https://en.wikipedia.org/wiki/Scramjet

Im All gibt es keinen Sauerstoff, der muss extra mitgeführt werden in Form von Sauerstoffträgern (macht ca. ein Drittel des Tankinhalts des Space SHuttle Trägersystems aus), Auftrieb gibts da oben nicht mangels Atmosphäre, deshalb muss die Schubkraft höher als die Gewichtskraft sein, was enorm viel Treibstoff frisst (die restlichen zwei Drittel des Tanks am Space Shuttle) und unglaublich viel Antriebsleistung benötigt (die beiden Booster links und rechts am Tank des Space Shuttle).

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