Was treibt Raketen an?

Der Raketenantrieb: Mehr als nur Feuer und Rauch

Raketen, diese beeindruckenden Geschosse, die uns in die Weiten des Weltalls befördern, funktionieren nach einem Prinzip, das auf den ersten Blick simpel, bei genauerer Betrachtung jedoch erstaunlich komplex ist: dem Rückstoßprinzip, auch bekannt als Actio und Reactio nach dem dritten Newtonschen Gesetz. Aber der Satz „Gase treten aus der Düse aus und treiben die Rakete an“ greift viel zu kurz. Um das Prinzip wirklich zu verstehen, müssen wir tiefer graben.

Der Kern des Antriebs liegt in der Verbrennung des Treibstoffs. Dieser Treibstoff ist keine homogene Masse, sondern besteht meist aus einer sorgfältig aufeinander abgestimmten Mischung aus Oxidator und Brennstoff. Der Oxidator, oft flüssiger Sauerstoff oder Salpetersäure, liefert den benötigten Sauerstoff für die Verbrennung, selbst wenn sich die Rakete im luftleeren Raum befindet. Der Brennstoff, beispielsweise Kerosin, flüssiger Wasserstoff oder fester Treibstoff, dient als Energiequelle.

Die Verbrennung im Raketentriebwerk findet in einer Brennkammer statt. Hier entfaltet sich eine gewaltige Hitzeentwicklung, die die Treibstoffmischung in ein extrem heißes, expandierendes Gas verwandelt. Dieses Gas wird mit enormer Geschwindigkeit durch eine speziell geformte Düse – die Düse – geleitet. Die Düsenform ist dabei entscheidend: Sie beschleunigt das Gas und erzeugt so einen hohen Impuls. Je schneller das Gas ausströmt und je größer die Masse des ausgestoßenen Gases ist, desto größer ist der erzeugte Schub. Dieser Schub ist die Kraft, die die Rakete nach vorne treibt.

Das ist die vereinfachte Version. In der Praxis kommen viele Faktoren zum Tragen:

• Treibstoffarten: Die Wahl des Treibstoffs beeinflusst den Schub, den spezifischen Impuls (ein Maß für die Effizienz des Antriebs) und die Komplexität des Triebwerks. Feste Treibstoffe sind einfach zu handhaben, bieten aber einen geringeren spezifischen Impuls als flüssige Treibstoffe. Flüssige Treibstoffe erlauben eine präzise Steuerung des Schubs, sind aber komplexer in der Handhabung.

• Triebwerksarten: Es gibt verschiedene Triebwerkstypen, z.B. Feststoffraketen, Flüssigkeitsraketen, Ionentriebwerke und Hybridraketen. Jeder Typ hat seine eigenen Vor- und Nachteile bezüglich Schub, spezifischem Impuls, Komplexität und Kosten. Ionentriebwerke z.B. erzeugen einen geringen Schub, dafür aber einen extrem hohen spezifischen Impuls und eignen sich daher besonders für Langzeitmissionen im Weltraum.

• Aerodynamik: Vor allem in den unteren Atmosphärenschichten spielt die Aerodynamik eine wichtige Rolle. Der Luftwiderstand muss überwunden werden, was den benötigten Schub erhöht.

Zusammenfassend lässt sich sagen: Der Raketenantrieb basiert auf dem Prinzip von Actio und Reactio, doch die Effizienz und die Komplexität des Systems gehen weit über die einfache Ausströmung von Gasen hinaus. Die perfekte Abstimmung von Treibstoffen, Triebwerksdesign und Aerodynamik ist entscheidend für den erfolgreichen Start und die Durchführung einer Raumfahrtmission.