Was ist ein Space Shuttle?
Ganz schön schwer, diese Schwerkraft!
Die modernen Trägerraketen wiegen mehrere Hundert Tonnen, während ihre « Nutzlast », das heißt, das was sie transportieren sollen, nur einige Tonnen wiegt. Ariane 5 zum Beispiel, die 750 Tonnen auf die Waage bringt, verfügt über eine Nutzlast von 10 bis 20 Tonnen. Aber warum ist eine Trägerrakete so schwer?
ESA/CNES/ARIANE 5 ECA
Ein Haus auf dem Rücken
Um der Erdanziehung zu entkommen und der Reibung in der Atmosphäre zu widerstehen, muss man eine Geschwindigkeit von 7,8 km/Sek. erreichen. Diese Geschwindigkeit bezeichnen die Wissenschaftler als „erste kosmische Geschwindigkeit“. Deshalb muss die Trägerrakete sehr leistungsfähig sein und schnell und lange beschleunigen können. Man könnte ja meinen, das wäre mit weniger Gewicht leichter. Aber auch wenn alles unternommen wird, um das Gewicht zu senken, muss man doch berücksichtigen, dass eine Trägerrakete kein Transportmittel wie alle anderen ist. Vergleichen wir sie mit einem Flugzeug: Ein Flugzeug verbrennt den Brennstoff, der sich in den Treibstofftanks in den Flügeln befindet, mithilfe des Sauerstoffs der Erdatmosphäre, um die zur Fortbewegung nötige Energie zu erzeugen. Aber ab ein paar Kilometern Höhe und auch im Weltraum gibt es keinen Sauerstoff mehr! Die Trägerrakete muss daher nicht nur ihren Brennstoff*, sondern auch ihr Verbrennungsmittel, den so genannten Oxidator*, mitführen. Meist handelt es sich dabei um Sauerstoff oder Stickstofftetroxid. Und deshalb ist sie so schwer! Bei Ariane 4 zum Beispiel macht der Raketentreibstoff* (Brennstoff und Oxidator) 90% ihres Gewichts aus, ihre Konstruktion nur 9% und der Satellit gerade mal 1%!
Der Erdanziehung entkommen
Es geht natürlich um Schubkraft! Beim Start muss die Trägerrakete die stärkste Schubkraft entwickeln, denn sie ist ja noch im Stillstand und wird nicht von der Trägheitskraft, die ihr aufgrund ihres Gewichts eine gewisse Geschwindigkeit verleiht, angetrieben. Außerdem sind beim Start alle Tanks noch randvoll. Kurz und gut, man fängt also wirklich bei Null an. Den Schub erhält die Trägerrakete dadurch, dass sie eine riesige Menge Gas mit ungeheurer Geschwindigkeit ausstößt. Dieses Gas entsteht durch die Verbrennung des Treibstoffs. Je größer die Durchsatzmenge und die Ausstoßgeschwindigkeit des Gases, desto größer auch Schubkraft. Um die Schwerkraft zu überwinden und die 700 Tonnen schwere Trägerrakete in die Lüfte zu befördern, muss also viel Material eingesetzt werden: Um 500 Tonnen zu bewegen, werden pro Sekunde zwei Tonnen Treibstoff verbraucht!
