Erhaltungssätze und Stöße

Mechanik

Erhaltungssätze und Stöße

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Geschichte der Rakete

 

Es fing ganz friedlich an. Die ersten Raketen wurden im 12. Jahrhundert in China für Feuerwerke hergestellt. Doch bald dienten sie schon kriegerischen Zwecken. Als im Jahre 1232 Mongolen die chinesische Stadt Kai-Fung-Fu belagerten, vertrieben die Eingeschlossenen die Belagerer mit "Pfeilen fliegenden Feuers".

1807 griff die britische Flotte das neutrale Dänemark mit Raketen an, um deren Flotte zu zerstören. Die dabei verwandten Raketen arbeiteten wie heutige Feuerwerksraketen. Sie bestanden aus röhrenförmigen Blechgehäusen, die mit Schießpulver gefüllt waren. Eine Rakete wog ca. 16 kg.

Gegen Ende des 19. Jahrhunderts begann die Wissenschaft sich mit dem Raketenantrieb zu befassen: 1890 der russische Mathematiker Ziolkowski, ab 1910 der Amerikaner Goddard, 1923 der Deutsche Hermann Julius Oberth. In seinem Buch "Die Rakete zu den Planetenräumen" wies Oberth nach, dass mit Raketen eine Fahrt zu anderen Planeten unseres Sonnensystems möglich ist. 1927 wurde in Berlin ein Verein gegründet, der sich zum Ziel setzte, die Ideen von Oberth zu verwirklichen. Dazu wurden in der Nähe Berlins auch Versuche ausgeführt. Begeistert von den Ideen, trat Wernher von Braun diesem Verein bei. 1936 wurde die deutsche Wehrmacht auf die Versuche des Berliner Vereins aufmerksam und gründete in Peenemünde auf der Ostseeinsel Usedom die Heeresversuchsanstalt für Raketenforschung. Hier arbeiteten die Wissenschaftler weiter. Walter Dornberger, der Entwicklungsleiter, schrieb über seine Arbeit:

"Die Rakete A3, die wir damals entwickelten, war nicht dazu eingerichtet, Nutzlast mitzunehmen. Sie war ein reines Versuchsgerät. Da wir immer und immer wieder den Chef der Heeresleitung um Geld für die Weiterentwicklung angingen, erhielten wir die Antwort, nur für die Entwicklung von Raketen, die große Nutzlasten mit guter Treffsicherheit auf weite Entfernungen zu schleudern in der Lage sind, könnten die erforderlichen Geldmittel zur Verfügung gestellt werden. In jugendlichem Eifer versprachen wir alles und ahnten nicht, welche Schwierigkeiten sich dadurch vor uns auftürmen würden."

Die so entwickelte Rakete A4 wurde in V2 umbenannt (V steht für "Vergeltung"). Gegen Ende des Zweiten Weltkriegs wurden mehrere tausend V2-Raketen eingesetzt. Die V2 hatte eine Startmasse von 12,5 t und transportierte 1 t Sprengstoff. Die Reichweite betrug 300 km, ihre Höchstgeschwindigkeit etwa 5000 km/h. Nach dem Zweiten Weltkrieg wurde diese Rakete sowohl für friedliche als auch für militärische Zwecke weiterentwickelt.

Wernher von Braun wurde einer der führenden Raketenforscher in Amerika. Raketen werden als Transportmittel für Satelliten verwendet und dienen so z. B. der Erforschung der Atmosphäre sowie des Magnetfeldes der Erde. Im militärischen Bereich stellen die Interkontinentalraketen mit atomaren Sprengköpfen eine Bedrohung für die Menschheit dar.

Der Sputnik-Schock

Es war am 4. Oktober 1957. Funkamateure konnten auf den Frequenzen 20 MHz und 40 MHz Pieptöne empfangen, die vorher nicht zu hören waren. Die Pieptöne verschwanden regelmäßig und waren einige Zeit später wieder da. Die Signale kamen aus dem Weltall - vom ersten künstlichen Satelliten!

Sputnik I, so hieß der Satellit, war eine Aluminiumkugel von 58 cm Durchmesser und 86,3 kg Masse. Er umrundete die Erde in 96 Minuten auf einer elliptischen Bahn. Seine Entfernung von der Erde schwankte zwischen 229 und 964 km. Die Nachricht, dass es den Technikern der damaligen Sowjetunion gelungen war, einen Satelliten in die Erdumlaufbahn zu bringen, wirkte wie ein Paukenschlag. Denn damit war bewiesen, dass die Sowjetunion leistungsstarke Raketen besaß, die auch von Kontinent zu Kontinent geschossen werden konnten. Sie war damit in der Lage, Amerika mit Atombomben anzugreifen. Die Sowjetunion hatte im Wettrüsten einen Vorsprung errungen. Amerika fühlte sich bedroht und herausgefordert. Das Echo in der amerikanischen Öffentlichkeit war gewaltig. Aber während die Amerikaner noch diskutierten, was zu tun sei, folgte am 3. November 1957 schon der zweite Streich, der eine wahre Hysterie in Amerika auslöste. Sputnik II hatte eine Masse von 508 kg, eine Höhe von etwa 4 m und einen Basisdurchmesser von 1,7 m. An Bord war die Polarhündin Laika. Die Sowjetunion war auf der Vorstufe zur bemannten Raumfahrt!

Von nun an wurde in Amerika fieberhaft gearbeitet um den Vorsprung der Sowjetunion zu verringern. Am 31. Januar 1958 gelang es dem Team um Wernher von Braun, den 14 kg schweren Explorer in eine Umlaufbahn um die Erde zu bringen. Wernher von Braun und seine Mitarbeiter wurden zu gefeierten Helden. Sie hatten die Ehre der Nation wenigstens teilweise wiederhergestellt.

Der Sputnik-Schock führte zu einer Neubewertung der Naturwissenschaften und des naturwissenschaftlichen Unterrichts in Amerika. Der amerikanische Präsident Eisenhower sagte 1958: "Angesichts der sowjetischen Herausforderung sind die Sicherheit und das weitere Wohlergehen der Vereinigten Staaten wie noch nie zuvor abhängig geworden von der Entfaltung des naturwissenschaftlichen Wissens. Unser technologischer Fortschritt verlangt nach einem höheren Maße an Unterstützung der naturwissenschaftlichen Grundlagenforschung, sowohl durch private als auch durch öffentliche Hilfsmittel. Er verlangt außerdem einen wachsenden Bestand an hochqualifizierten Arbeitskräften, Naturwissenschaftlern, Ingenieuren, Lehrern und Technikern.

Aus dem Wettkampf um militärische Überlegenheit wurde in der Folgezeit immer mehr ein Prestigeduell.

Am 25. Mai 1961 gab der gerade gewählte amerikanische Präsident John F. Kennedy in einer Ansprache vor dem amerikanischen Kongress das Ziel dieses Duells bekannt: Noch in diesem Jahrzehnt, also spätestens bis Ende 1970, sollte ein Mensch den Mond betreten. In den folgenden Jahren standen den Mitarbeitern der NASA, der amerikanischen Raumfahrtbehörde, finanzielle Mittel in fast unbeschränkter Höhe zur Verfügung. Am 20. Juli 1969, 22.56 Uhr Ortszeit Houston (in Europa war bereits der 21. Juli) war es so weit - der Amerikaner Neil Armstrong betrat als erster Mensch den Mond mit den Worten: "That's one small step for a man, but one giant leap for mankind". Für den Mondflug wurde die dreistufige Trägerrakete Saturn V verwendet. Außer den drei Stufen enthielt sie noch die Rakete, welche die Astronauten zur Erde zurückbrachte, und die Kapsel Apollo 11 für die Raumfahrer sowie die Mondfähre. Beim Start hatte Saturn V eine Höhe von 111 m. Zurück kam eine Kapsel von etwa 4 m Durchmesser und 4 m Höhe! Der historischen Apollo-11-Mission folgten sechs weitere bemannte Mondflüge. Bei den letzten drei Flügen stand den Astronauten ein Mondauto zur Verfügung. Es wurden Messstationen eingerichtet, Gesteinsbohrungen durchgeführt und 385 kg Mondgestein zur Erde transportiert, wo es analysiert wurde. Die Untersuchungen ergaben, dass Erde und Mond etwa gleichzeitig, aber getrennt voneinander entstanden sind. Als im Dezember 1972 mit Apollo 17 das Unternehmen Mondflug beendet wurde, hatte es sich für die Wissenschaft gelohnt. Es bleibt aber die Frage, ob die meisten Ziele des Programms nicht auch durch unbemannte Mondflüge wesentlich billiger hätten erreicht werden können.

Raumfahrt in Europa

Ariane heißt die Rakete, mit der das kommerziell ausgerichtete europäische Gemeinschaftsunternehmen Arianespace Satelliten in ihre Umlaufbahnen bringt. Der Name ist gut gewählt. Ariane ist die französische Form von Ariadne, nach der griechischen Mythologie Tochter des Königs Minos von Kreta. Da Minos ein Kind von Europa und Zeus war, war Ariadne also eine Enkelin Europas. Als Theseus die Aufgabe bekam, den Minotaurus zu töten, ein schreckliches Ungeheuer, das in einem Labyrinth gefangen gehalten wurde, gab Ariadne dem Theseus eine Garnrolle mit. Durch den abgewickelten Faden fand Theseus aus dem Labyrinth heraus. Ariadne hatte also die Idee, wie man aus einer verzwickten Situation wieder herauskommen konnte. Auch als 1975 der Beschluss zum Bau der Ariane gefasst wurde, musste man aus einer verzwickten Situation herauskommen. 1964 war bereits ein europäisches Raumfahrtprojekt begonnen worden. Es sollte eine dreistufige Rakete gebaut werden, die einen Satelliten in eine Erdumlaufbahn bringen konnte. Die erste Stufe wurde in England gebaut, die zweite in Frankreich und die dritte in der Bundesrepublik Deutschland. Der Satellit kam aus Italien. Schon der Startplatz, Woomera in Australien, war schlecht gewählt, er lag nicht nahe genug am Äquator. Als besonders nachteilig erwies es sich, dass jede Nation für ihren Anteil selbst verantwortlich war. Es kam zu einer Serie von Fehlschlägen. 1972 wurde die European Launcher Development Organization aufgelöst, die für dieses Projekt gegründet worden war. Aber man hatte aus den Fehlern gelernt. Die Fehlschläge waren hauptsächlich nicht auf technisches Unvermögen, sondern auf Abstimmungsprobleme zwischen den Nationen zurückzuführen. Für die Ariane, deren Bau 1975 beschlossen wurde, war das französische Raumfahrtzentrum CNES hauptverantwortlich. 36 Firmen aus ganz Europa sind Zulieferer. Die Starts erfolgen vom nah am Äquator gelegenen Kourou in Französisch-Guyana. Am 24. Dezember 1979 wurde die erste Ariane-l-Rakete erfolgreich gestartet. Im Juni 1988 gelang der erste Start der Ariane 4. 1980 wurde Arianespace als erste kommerzielle Gesellschaft gegründet, die Raketenstarts als Dienstleistung anbietet. Am meisten gefragt sind zwei Bahntypen:

Zum einen sind es die geostationären Bahnen, die in der Äquatorebene verlaufen und auf denen die Umlaufzeit der Satelliten mit der Dauer einer Erddrehung übereinstimmt. Geostationäre Satelliten stehen daher immer über demselben Punkt der Erde. Sie sind ideal als Fernsehsatelliten geeignet. Über drei geostationäre Satelliten kann nahezu jeder Ort auf der Erde mit jedem anderen über Funk verbunden werden. In Deutschland werden über die Funkstelle in Raisting in Bayern in Sekundenschnelle Verbindungen mit allen Ländern der Erde hergestellt.

Zum anderen sind erdnahe Bahnen zwischen 300 und 600 km Höhe über dem Erdboden gefragt. Satelliten auf diesen Bahnen werden zur Wetterbeobachtung, zur Klimaforschung, als Navigationshilfe und Verkehrsleitsysteme, zur Beobachtung der Ozeane und der Polareisregionen, für die Landvermessung und zur militärischen Aufklärung eingesetzt.

Am 30. Oktober 1997 gelang der erste erfolgreiche Start einer Ariane 5. Sie kann über 6 Tonnen Nutzlast ins All befördern (meist 2 Satelliten). In den letzten Jahren wurde Ariane sogar zum Weltmarktführer für kommerzielle Satellitenstarts.

Typ Höhe gesamt in m Startgewicht in t max. Nutzlast in t
Ariane 1 \(47,4\) \(210\) \(1,7\)
Ariane 2 \(49\) \(217\) \(2,2\)
Ariane 3 \(49\) \(240\) \(2,7\)
Ariane 4 \(58,4\) \(480\) \(4,5\)
Ariane 5 \(55,4\) \(750\) \(6,5\)
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