Die Raumfahrzeuge
Rakete, ein Flugkörper, der im Gegensatz zum
Flugzeug keine Atmosphäre benötigt und alle zum Antrieb notwendigen Mittel
mit sich führt. Eine Rakete besteht aus einer Zelle und einem Triebwerk.
In der Zelle befinden sich die Treibstoffvorräte, die Steuerungsgeräte, die
Nutzlast u., bei bemannten Raketen, die Besatzung. Das Triebwerk erzeugt den
Vortrieb oder Schub der Rakete. Er entsteht durch einen mit großer Geschwindigkeit
ausgestoßenen Gasstrom; der dabei auftretende Rückstoß treibt die Rakete
in entgegengesetzter Richtung vorwärts. Die Endgeschwindigkeit einer Rakete
hängt ab von der Geschwindigkeit, mit der die Verbrennungsgase ausströmen,
und dem Verhältnis von Anfangsmasse zu Endmasse einschließlich Nutzlast bzw.
der Treibstoffanteil am Gesamtgewicht. Da Stoß und Rückstoß genau entgegengesetzt
wirken, kann man eine Steuerun der Rakete nach dem Start dadurch erreichen,
daß man die Richtung der ausströmenden Gase verändert. Das gesamte Triebwerk
einer Rakete wird deshalb kardanisch aufgehängt. Dadurch ist eine allseitige
Schwenkung möglich. Zur Fernlenkung wurden verschiedene Verfahren entwickelt.
So peilen Ortungsgeräte in der Rakete das Ziel an und bestimmen selbst den
Kurs (Selbstlenkung). Bei anderen Raketen berechnet der Lenkmechanismus die
Flugbahn aus der Position bestimmter Gestirne (astronomische Lenkung), oder
eine Radaranlage auf der Erde erteilt Lenkkommandos. Oft werden auch mehrere
Verfahren gleichzeitig angewandt. Da es mit einer einzelnen Rakete noch
nicht möglich ist, die Kreisbahn eines künstlichen Satelliten zu erreichen
oder weiter in den Weltraum vorzustoßen, hat man das Mehrstufenprinzip entwickelt.
Dabei trägt eine Rakete als Nutzlast eine zweite Rakete, deren Antrieb erst
dann einsetzt, wenn der Antrieb der ersten Rakete (untere S ufe, Startstufe)
ausgebrannt ist und abgeworfen wird. Auf diese Weise entstehen zwei- und
mehrstufige Raketen. Triebwerk: Das heute gebräuchliche Prinzip ist das chemische
Raketentriebwerk. Der Antriebsstrahl wird durch kontinuierliches Verbrennen
fester oder flüssiger Treibstoffe erzeugt: Das Flüssigkeitsraketentriebwerk
enthält flüssigen Brennstoff und den flüssigen Sauerstoffträger (Oxidator)
in getrennten Behältern, von wo sie z. B. mit Hilfe von Kreiselpumpen (angetrieben
von einem Gasgenerator) im richtigen Mischungsverhältnis in die Brennkammer
gefördert und dort gezündet werden. Als Brennstoff dienen z. B. Alkohole,
Kerosin, Anilin sowie Wasserstoff; als Oxidator flüssiger Sauerstoff, Salpetersäure,
Wasserstoffperoxid u. a. Der Druck in der Brennkammer beträgt bis zu 150 bar,
die Temperatur 3.000° C und mehr. Die Ausströmgeschwindigkeit beträgt bis
4.500 m/s. Die Brennkammer sow e die Wandung der Schubdüse müssen gekühlt
werden. Flüssigkeitsraketentriebwerke lassen sich im allgemeinen besser regeln
als Feststoffraketentriebwerke. Sie dienen hauptsächlich als Antrieb für Forschungs-
und Trägerraketen sowie Fernraketenwaffen. Beim Feststoffraketentriebwerk
verwendet man gießbare oder plastisch formbare Treibstoffe. Im Fall des chemischen
Einstoffsystems ist der Sauerstoff unmittelbar an den Brennstoff gebunden,
beim chemischen Mehrstoffsystem sind Brennstoff und Sauerstoffträger fein
verteilt gemischt. Als Brennstoffe dienen Harz, Asphalt, synthetischer Kautschuk;
Sauerstoffträger ist Kalium- und Ammoniumperchlorat sowie Ammoniumnitrat.
Der Brennkammerdruck bei dieser Antriebsart geht von rund 50 bis 180 bar;
die Verbrennungstemperatur liegt bei 800 bis 2.500° C. Der sog. Hybridantrieb
(Fest-Flüssig-Antrieb) vereinigt einige Vorteile des Fest- und Flüssigantriebs.
Eine Treibstoffkomponente befind t sich im festen Zustand in der Brennkammer,
die andere wird flüssig eingespritzt. Elektrische Triebwerke liefen bisher
nur im Versuchsstadium, Kernenergieantriebe gelangten aus Kostengründen nicht
zur Betriebsreife. Geschichte: Raketen sind etwa seit 970 n. Chr. in China
als Feuerwerkskörper bekannt. Seit dem Ende des 13. Jahrhunderts wurden Raketen
in Europa für militärische Zwecke verwendet. In unserer Zeit ist die Entwicklung
der Rakete u. a. mit den Namen von K. E. Ziolkowskij, H. Oberth, R. H. Goddard,
M. Valier, E. Sänger u. W. von Braun verknüpft. Die erste Großanwendung der
Rakete war die V-2 des 2. Weltkriegs, deren erster erfolgreicher Start am
3.10.1942 von Peenemünde erfolgte; sie erreichte eine Höhe von 90 km und (mit
automatischer Umlenkung) eine Flugstrecke von 275 km. Das erste Raketenflugzeug
(die He 176) wurde mit einem sog. Walter-Triebwerk angetrieben. Dieses verwendete
als Treibstoff Wasserstoffperoxid, das über Kaliumpermanganat geleitet wurde,
wobei die Zersetzung in hochgespannten Wasserstoff und Sauerstoff erfolgte.
Die Austrittsgeschwindigkeit betrug rund 1000 m/s. Eine amerikanische Rakete
(die WAC-Corporal) erreichte 1945 eine Höhe von 70 km. Die Viking-Rakete
(eine Weiterentwicklung der deutschen V-2) flog 1952 217 km hoch und erreichte
eine Höchstgeschwindigkeit von 6000 km/h. Die erste amerikanische 2-Stufen-Rakete
erreichte 1949 eine Höhe von 402 km. Am 4.10.1957 gelang es der Sowjetunion,
erstmalig mit einer Mehrstufenrakete einen Satelliten (Sputnik) in eine Umlaufbahn
zu bringen. Entscheidend für das Apolloprogramm war die dreistufige Saturn
5 mit 2800 t Startgewicht, die 120 t Nutzlast in eine niedrige Umlaufbahn
oder 45 t auf Fluchtgeschwindigkeit bringen kann. Weitere bekannte Trägerraketen
bzw. -familien sind die Atlas, die Delta, die Titan, die Titan III E/Centaur
(derzeit stärkste Rakete der USA), die Feststoffrakete Scout (alle USA),
die Sojus-Wostok A2 (Sowjetunion) und die europäische Ariane. Eine neue Trägergeneration
stellt der wiederverwendbare Raumtransporter Space Shuttle dar, der die Kosten
je Kilogramm mitgeführter Nutzlastmasse erheblich senkt. Die 1987 erstmals
gestartete Energija (Sowjetunion), ein System aus einer Rakete mit bis zu
8 zusätzlichen Aggregaten, kann bis zu 100 t in eine Erdumlaufbahn bringen.
Titan
Titan, [die], Raketen: Serie mehrstufiger US-amerikanischer Trägerraketen; ein Baukastenprinzip ermöglicht zahlreiche Varianten des Grundtyps; die ursprünglich flüssigkeitsgetriebene Rakete wurde in der Version T.3 durch zwei Feststoff-Starthilfsraketen ergänzt. Die Titan diente zum Start der Geminikapseln und hat interplanetare Missionen der NASA durchgeführt.
Saturn V
Zu dem beeindruckensten, was die Zuschauer am Boden von den Apollo-Misionen mitbekommen konnten war zweifellos dar Start des bis heute stärksten je von Menschen konstruierten beweglichen Objektes: Die Saturn V. Allein eines der Triebwerke der ersten Stufe entfesselte einen Schub von 600 Tonnen. Alle fünf Triebwerke vom Typ F1 gaben dem Träger einen Startschub von ca. 3.200 Tonnen. In der Sartphase entfesselte die 1. Stufe eine Leistung von etwa 116 Millionen PS. Allein die Treibstoffpumpe erreichte dabei eine Leitung von 50.000 PS, um flüssigen Sauerstoff und Kerosin zu den Brennkammern zu führen. Das entsprichte der Antriebsleitung eines Ozeanliners. Weit enfernte Beobachter des Starts in einigen km Abstand blickten durch ihre Ferngläser. Genaues zu erkennen war aber trotzdem kaum. Denn die Saturn-V ließ das Gelände um den Startkomplex so stark vibrieren, daß die Schwingungen seismisch noch in New York meßbar waren! Immerhin wird ein Prozent der Antriebsenergie in Schallwellen verwandelt. Auch das Shuttle läßt heute bei einem Start in gut 10 km Entfernung noch einen Schalldruck von ca 115 dB entstehen. Das entspricht einem Presslufthammer aus einigen Meter Entfernung.
Wostok
Wostok, (russisch, "Osten"), Name sowjetischer bemannter Raumschiffe, die ein ausgedehntes Raumfahrtprogramm durchführten. Alle Flüge waren wissenschaftlich und technisch sehr erfolgreich. Mit der Wostok 1 unternahm J. Gagarin am 12.04.1961 die erste bemannte Erdumkreisung.
Space Shuttle
Space Shuttle (englisch, "Raumpendler"), Bezeichnung für den ersten wiederverwendbaren Raumtransporter. Ein wiederverwendbares Trägersystem, das zur Erdoberfläche zurückkehrt und nach der Wartung erneut verwendet werden kann. Das Konzept des Raumtransporters geht auf E. Sänger zurück. Verwirklicht wurde der Raumtransporter in den USA als partiell wiederverwendbares Gerät. Entwicklung und Bau begannen 1972 und wurden 1981 abgeschlossen. Test Landeanflüge des Raumtransporters wurden 1977 durchgeführt, der erste orbitale Flug fand am 12.04.1981 statt. Der Flug STS-9 (STS = Space Transportation System, Weltraum-Transportsystem) von 1983 hatte das europäische Weltraumlabor Spacelab an Bord. Die Explosion des Raumtransporters Challenger (Januar 1986) hat die US-amerikanische Raumfahrt um Jahre verzögert, besonders die Indienststellung einer US- Amerikanischen Raumstation. Im November 1988 gelang der UdSSR ein erster u bemannter Weltraumflugtest ihres Raumtransporters Buran, der dem US-amerikanischen Shuttle sehr ähnlich ist und bis zu 10 Kosmonauten befördern kann. Europa plant mit dem dreisitzigen Raumtransporter Hermes eine eigene Raumfähre. Columbia, Name des ersten im Weltraum eingesetzten US-amerikanischen Raumtransporters (Space shuttle). Der Erststart der Columbia erfolgte am 12.04.1981. Am sechsten Raumflug der Columbia, Start 28.11.1983, Teilnahme des deutschen Astronauten Ulf Merbold; Europas Raumlabor Spacelab dabei erstmals im All. Enterprise, Name des weltraumfluguntauglichen Space shuttle-Prototyps. Seit 1981 dient die Enterprise als Testexemplar zur Erprobung neuer Bordeinrichtungen. Challenger, Name des zweiten Space shuttle, Erststart am 4.04.1983 und der schwere Challenger-Unfall Januar 1986 mit 7 Toten. Discovery, Name des dritten Space shuttle. Der Jungfernflug der Discovery erfolgte am 30.08.1984, wobei große Sonnensegel getestet wurden. Während des dritten Fluges (24.01.-27.01.1985) wurde ein militärischer Abhörsatellit in die Erdumlaufbahn ausgesetzt.
Ariane 5
Ariane, im Auftrag der europäischen Weltraumorganisation ESA seit 1973 entwickelte Trägerrakete für den Start unbemannter Satelliten und Raumsonden. Die dreistufige Trägerrakete mit einer Startmasse von 210 t wurde erstmals am 24. 12. 1979 vom französischen Raumfahrtzentrum in Kourou (Französisch-Guyana) zur Erprobung gestartet und ging ohne größere Verzögerung in die kommerzielle Nutzphase über. Die 47,4 m lange Rakete hat eine Nutzlastkapazität von 4500 kg. Für Finanzierung, Produktion, Verkauf und Start der Ariane-Raketen wurde im März 1980 eine private Firma gegründet, die Arianespace. Eigentümer (Aktionäre) sind 36 Raumfahrtfirmen Europas, 11 Banken und die französische Raumfahrtbehörde CNES.
Satellit
Satellit, (der; lateinisch, "Leibwächter"), ein Flugkörper, der mit Hilfe
einer Rakete in eine kreisförmige oder elliptische Umlaufbahn um einen Himmelskörper,
meist die Erde, gebracht wird. Dabei wird der Anziehungskraft der Erde durch
die Zentrifugalkraft das Gleichgewicht gehalten. Die hierzu erforderliche
Kreisbahngeschwindigkeit (Zirkulargeschwindigkeit) beträgt nahe der Erdoberfläche
rund 7,9 km/s, die Umlaufzeit rund 88 min. Je größer der Abstand von der
Erde, desto kleiner ist die Kreisbahngeschwindigkeit und desto größer die
Umlaufzeit. So fliegt ein Satellit in 36.000 km Höhe noch mit einer Geschwindigkeit
von 3,065 km/s und benötigt zu einer Umkreisung des Erdballs 24 h, d. h.,
er steht immer an derselben Stelle über dem Äquator (geostationäre Umlaufbahn).
Je nach ihrer Verwendung unterscheidet man verschiedene Arten von künstlichen
Satelliten:
1. Geophysikalische und astronomische
Meßsatelliten dienen z. B. der Messung der Intensität der kosmischen Strahlen
sowie der ultravioletten Strahlung der Sonne, Messung des Reflexionsvermögens
der Erde in bezug auf kurzwellige Lichtstrahlen und die Abstrahlung von langwelligen
Wärmestrahlen, Erforschung der Weltraumstrahlen im Van-Allenschen Strahlengürtel,
Temperaturmessungen in verschiedenen Höhen, Messung von Anzahl und Größe
der Kleinmeteoriten, Erforschung interplanetarischer Magnetfelder, der Gasdichte
im Weltraum usw. Die Übermittlung der Meßdaten erfolgt durch Funk im Kurz-
oder Ultrakurzwellenbereich. Die Werte werden häufig als Impulsgruppen auf
Magnetband gespeichert und beim Überfliegen einer Bodenstation auf Abruf
gesendet. Auf ähnliche Art können von der Erde aus manche Funktionen gesteuert
werden, etwa das Ausrichten einer Kamera auf die Sonne oder die Achsenlage
im Raum.
2. Wettersatelliten dienen der meteorologischen
Beobachtung der Erdoberfläche. Wettersatelliten sind mit Fernsehkameras
ausgerüstet; zur Erfassung großer Teile der Erdoberfläche dient eine Weitwinkelkamera,
für Detailaufnahmen eine Schmalwinkelkamera. Die Aufnahmen werden in Magnetbandgeräten
gespeichert. Eine kleine Programmieranlage an Bord des Satelliten kann
die Bedienung der Kameras übernehmen. Infrarotsensoren erlauben auch Nachtaufnahmen
und Temperaturmessungen in der Atmosphäre. Die Betriebsenergie wird von Sonnenzellen
geliefert und in Nickel-Cadmium-Akkumulatoren gespeichert.
3. Nachrichtensatelliten, Navigationssatelliten: Der erste kommerzielle Nachrichtensatellit, "Early Bird", wurde am 6. April 1965 in Kap Kennedy gestartet; er dient der Übertragung von Ferngesprächen, Fernschreiben und Fernsehsendungen. Dieser Satellit wog 38,6 kg und verfügte über eine Kapazität von 240 Sprechkreisen oder einem Fernsehkanal. Das derzeitige globale Nachrichtensatellitennetz verwendet eine fortentwickelte Serie von Intelsat-Satelliten. Der modernste Typ Intelsat VI kann 33.000 Telefonverbindungen gleichzeitig übertragen und vier Farbfernsehprogramme abstrahlen. Er hat 3,6 m Durchmesser, ist 11,8 m hoch und wiegt 1500 kg. Daneben gibt es noch lokale Nachrichtensatelliten-Netze u. a. in USA und Europa sowie direkt zu empfangende Fernsehsatelliten.
4. Bemannte Satelliten werden normalerweise nicht als Satelliten bezeichnet, sondern als Raumkapseln (Mercury, Gemini) oder als Raumstationen, wenn sie dem langzeitigen Aufenthalt mehrerer Astronauten dienen. Bemannte Geräte mit eigenem Antriebssystem heißen Raumfahrzeuge.
5. Satelliten des Mondes oder anderer Planeten werden im allgemeinen als Raumfluggeräte bezeichnet, da sie wesentlich komplizierter sind als Erdsatelliten.
6. Raumsonden dienen zur Erforschung des interplanetaren Raumes und sind keine Satelliten (höchstens "Sonnen-Satelliten"); sie entsprechen jedoch technisch weitgehend den Erd-Satelliten, d. h., es sind Gerätekapseln.
7. Militärische Satelliten dienen defensiven oder offensiven militärischen Zwecken. Sowohl die USA als auch Rußland sowie Israel und China verfügen darüber und haben bereits mehrere hundert militärische Satelliten gestartet. Man unterscheidet zwischen Aufklärungs- (Spionage-), Frühwarn-, Kernexplosions-, Navigations- und Wettersatelliten. Darüber hinaus gibt es weitere Gruppen, die bisher noch nicht realisiert sind, so z. B. Angriffs-, Laser- und elektronische Überwachungssatelliten.
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Letzte Änderung: 01.01.2003