|
Stützt sich eine Rakete auf ihrem Strahl ab?
Abstützen kann man sich nur auf etwas, das Kontakt zum Boden hat. Diesen hat die Rakete
aber nach dem Abheben verloren. Für den Antrieb wird vielmehr der nach oben hin gerichtete Teil
des Drucks genutzt, der bei der Verbrennung der Antriebsstoffe entsteht.
|
Spaceshuttle beim Start, © NASA |
|
Die Antwort auf die Frage, ob sich eine Rakete auf ihrem Strahl abstützt, lautet nein,
auch wenn es von außen den Anschein haben mag. Abstützen im Sinne von hochdrücken kann man sich nur
auf etwas, das von fester Konsistenz ist und Kontakt zum Erdboden hat - das gilt aber beides nicht im Fall einer Rakete.
Zum einen ist ihr Feuerstrahl gasförmig, zum anderen hat die Rakete nach dem Start keinen Kontakt mehr zum Boden.
Der klassische Raketen-Antrieb funktioniert folgendermaßen:
Zwei verflüssigte Gase (*),
z.B. Wasserstoff und Sauerstoff, strömen in die Brennkammer, die sich am unteren Ende der Rakete befindet.
In der Brennkammer werden sie entzündet und reagieren miteinander zu gasförmigem Wasser, wobei sehr viel
Energie frei wird. Dabei übt das Gas aufgrund seines hohen Energiegehalts einen sehr starken Druck auf
seine Umgebung aus.
Nun kommt der Aufbau der Düse zum tragen: Diese kann man sich vorstellen wie einen Zylinder, der unten offen ist und
sich nach oben hin verengt. Das durch die Verbrennung entstandene Gas breitet sich nun unter hohem Druck
gleichmäßig in allen
Richtungen aus. Der Druck wirkt dabei auf alle Flächen der Düse, nur eben nicht auf ihr offenes Ende,
denn dort entweicht das heiße Gas ungehindert in die Umgebung. Das kennt man als
den typischen Feuerstrahl einer Rakete. Die Drücke auf allen gegenüberliegenden Flächen kompensieren sich gegenseitig,
nur eben nicht der Druck auf das obere Ende der Düse, denn der ihm gegenüberliegende Teil der Düse
ist das untere, offene Ende! So bleibt effektiv nur der Teil des Druckes übrig, der auf das obere
Ende der Düse wirkt und damit in Richtung der Spitze der Rakete zeigt.
Allein dieser Anteil des Gesamtdrucks sorgt für die Fortbewegung der Rakete. Der klassische Raketenantrieb setzt die ihm
zur Verfügung stehende Energie also nicht gerade in idealer Weise in Vorwärts-Bewegung um!
F A K T E N Z U M R A K E T E N A N T R I E B |
- (*) Beim klassischen Raketenantrieb werden verflüssigte Antriebsstoffe
verwendet, weil Flüssigkeiten eine viel höhere spezifische Dichte als Gase haben. Im Klartext:
In flüssigem Zustand kann man viel mehr Antriebsmaterial mit sich führen, als in
gasförmigem Zustand.
- Die oben beschriebene Verbrennung von Wasserstoff und Sauerstoff entspricht der
Knallgasreaktion, wie sie oft im Physik-Unterricht der Schule durchgeführt wird.
- Das Antriebsprinzip läßt sich auch über die
Impulserhaltung ausdrücken:
Der gleiche Impuls,
der als Feuerstrahl nach hinten ausgesandt wird, wirkt auch als Antrieb nach vorne.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Hauptbild klein (49 KB) |
|
Hauptbild groß (207 KB) |
|
|
|
|
|
|
|
|
Start 2 (klein, 52 KB) |
|
Start 2 (groß, 213 KB) |
|
|
|
|
|
|
|
|
Start 3 (klein, 75 KB) |
|
Start 3 (groß, 299 KB) |
|
|
|
|
|
|
|
|
Start 4 (97 KB) |
|
Im Flug (13 KB) |
|
|
|
|
|
|
|
|
Landung 1 (22 KB) |
|
Landung 2 (11 KB) |
|
|
|
|
|
|