Raketenstart

Der Raketenstart ist die erste Phase des Flugs einer Rakete. Während Raketenstarts bei Höhenforschungsraketen oder Feuerwerkskörpern keiner großen Vorbereitung bedürfen und sich bei militärischen Kurzstreckenraketen im Wesentlichen auf die genaue Ausrichtung beschränken, müssen ihnen in der Raumfahrt langwierige Tests und Berechnungen vorausgehen. Dies hängt zusammen mit

• Aspekten der Sicherheit, denn Trägerraketen für Satelliten oder Raumschiffe haben eine sehr große Startmasse und hochexplosive Brennstoffe,
• den hohen Kosten der Nutzlast, die bei einem Fehlstart i. A. verloren geht,
• den noch höheren Sicherheitsvorkehrungen der bemannten Raumfahrt.

Weniger aufwendige Startvorbereitungen, aber ähnliche Steuerungstechnik benötigen weitreichende Raketenwaffen wie Mittel- und Langstreckenraketen – siehe dort.

Prinzip eines Raketenstarts

Raketen funktionieren nach dem Rückstoßprinzip, d.h. durch den Ausstoß heißer Gase, die sich nach der Zündung aus dem Brennstoff und dem Oxidationsmittel bilden und unter hohem Druck durch die Lavaldüse im Raketenfuß entweichen. Im Gegensatz zu aerodynamischen Flugkörpern arbeitet eine Rakete unabhängig von den Gasen der Erdatmosphäre, wird aber bei deren Durchstoßen von deren Widerstand beeinflusst, der in erster Linie von der Geschwindigkeit und der nach oben abnehmenden Luftdichte abhängt.

Der Raketenschub muss größer als das Startgewicht sein; je größer die Differenz, desto rascher gewinnt die Rakete an Höhe. Die Brenndauer der für Raumfahrt eingesetzten Raketen (deren erste Typen militärische Interkontinentalraketen waren) bzw. der einzelnen Raketenstufen liegt bei einigen Minuten. Mit zunehmender Geschwindigkeit steigt auch die aerodynamische Belastung der Raketenstruktur. Der Punkt, an dem die Belastung maximal ist, wird mit Max Q bezeichnet. Im weiteren Flugverlauf nimmt die aerodynamische Belastung wieder ab, weil sich der Luftdruck in den höheren Schichten der Atmosphäre verringert.

Nach dem Durchstoßen der dichten Luftschichten muss die Rakete in horizontale Richtung umgelenkt werden, da zum Erreichen einer Umlaufbahn eine horizontale Geschwindigkeit von mindestens 7,8 km/s erforderlich ist (erste kosmische oder Kreisbahngeschwindigkeit, meist als v₀ bezeichnet). Zum Erreichen eines anderen Himmelskörpers ist mindestens die zweite kosmische Geschwindigkeit erforderlich (v₂), die 200 km über der Erde (niedrigst mögliche Umlaufbahn) bei 11 km/s liegt. Insgesamt muss die Rakete jedoch mehr beschleunigen, weil der Luftwiderstand und das Erdschwerefeld bremsend wirken.

Ein Raketenstart sollte möglichst nahe beim Äquator und in östlicher Richtung erfolgen, da dann der Geschwindigkeitsvorteil durch die Erdrotation am größten ist.

Geschwindigkeiten deutlich über 4 km/s sind mit herkömmlichen Brennstoffen nicht direkt erzielbar, sondern nur mit Stufenraketen. Dabei sitzt die zweite Stufe üblicherweise oben auf der ersten und stellt ihre Nutzlast dar, die nach dem Brennschluss der unteren Stufe und deren Abwurf den Flug beschleunigt fortsetzt. Analog kann eine dritte Stufe die Nutzlast der zweiten Stufe darstellen. Dabei addieren sich die Geschwindigkeiten der einzelnen Stufen gemäß der Raketengrundgleichung.

Die oberste (zweite oder dritte) Raketenstufe trägt die Nutzlast – den/die zu startenden Erdsatelliten, die interplanetare Raumsonde (jeweils durch eine Hülle geschützt) oder die Kapsel mit der Besatzung. Hat die Nutzlast ihre geplante Endgeschwindigkeit erreicht, wird sie von der Raketenstufe abgetrennt; danach fliegen beide auf einer fast identischen Bahn, doch wird die ausgebrannte Raketenhülle durch die Teilchen der Hochatmosphäre stärker gebremst als die (kompakte) Nutzlast, sodass sie in eine niedrigere Umlaufbahn gerät und letztere von unten „überholt“ und nach einigen Wochen bis Monaten in der tieferen Atmosphäre verglüht. Die Bahn der Nutzlast wird hingegen genau vermessen (siehe Bahnbestimmung und Parkbahn) und – sofern sie Steuerraketen besitzt – durch gezielte kleine Bahnmanöver genau auf den geplanten Orbit oder auf eine Übergangsbahn zu einem anderen Himmelskörper gebracht.

Zu den materiellen und technischen Vorgängen bei Konstruktion, Bau und Betrieb von Raketen siehe Raketentechnik.

Startvorbereitungen in der Raumfahrt (vereinfacht)

Eine für die Raumfahrt geeignete Rakete hat tausende einzelne Komponenten, von deren Zuverlässigkeit der Erfolg eines Raketenstarts abhängt. Zu den rein technischen Antriebsaggregaten und Pumpen des Raketenmotors, dem Auftanken der Treibstoff- und Sauerstofftanks, der Haltevorrichtung auf der Startrampe usw. kommen zahlreiche Funk- und Messinstrumente, die für die präzise Steuerung nötige Kreiselstabilisierung und vieles mehr. Alle diese Systeme müssen bis zum Start (und danach) überwacht werden, damit bei ihrem möglichen Versagen der Start abgebrochen werden kann. Zu diesem Zweck dient der Countdown, der einige Tage vor dem Start beginnt und die letzten Stunden zunehmend intensiver wird.

Die wichtigsten Teilaufgaben vor dem Raketenstart und im Countdown sind:

• Vorausberechnung des besten Startfensters – d. h. jenes Zeitraums, in dem die räumliche Stellung der Raketenbasis zur geplanten Bahn energetisch möglichst günstig ist (z. B. für die Bahnneigung und das Perigäum, weitgehende Ausnützung der Erdrotation). Noch komplizierter wird es bei interplanetaren Flügen: hier ist auch die gegenseitige Stellung der Erde und des Planeten in die Berechnung einzubeziehen, die Tageszeit, die eventuelle Nähe von Mond oder anderen Himmelskörpern usw. Verzögert sich der Start um einige Tage, kann sich daher „das Startfenster schließen“.
• Wetterprognose – denn starke Bewölkung, Niederschläge oder Winde können einen Start gefährden. Für kurze Raumflüge muss auch die Wettersituation für den Zeitpunkt der Rückkehr und Landung geeignet sein.
• Anpassung der Treibstoff- und sonstigen Vorräte an die voraussichtlichen Start- und Flugbedingungen
• schonender Transport der Trägerrakete zur Startrampe
• Befestigung an der Haltevorrichtung (Startgerüst)
• Kontrolle der Nutzlast-Kapsel, Herstellung aller Anschlüsse
• Beginn des Countdown: Fortlaufende technische Kontrolle aller Raketenteile, der Startrampe usw.
• Kontrolle der Energie- und Sicherheitssysteme
• Beginn und laufende Kontrolle des Auftankens
• laufende Dichtigkeits-, Vibrations- und Temperaturprüfungen verschiedenster Art
• laufende Überprüfung der Funk-, Telemetrie-, Mess- und Navigationsinstrumente
• Beladung der Kapsel mit empfindlichem oder verderblichem Material (Testmaterialien, Lebewesen)
• Einstieg der Raumfahrer und Beginn von deren Checks
• Bei Funktionieren und positiver Prüfung aller Elemente:
• Hochlaufen der Raketenaggregate (Pumpen etc.) und Hilfsaggregate
• Wegschieben der Haltevorrichtung
• Zünden und letzte Prüfung der Raketenmotoren (Schubkontrolle)

Anzahl der Raketenstarts

Jährlich finden ca. 70–90 Starts von Raketen statt, die Nutzlasten in eine stabile Umlaufbahn oder darüber hinaus bringen (2014: 88 erfolgreiche). Zu Zeiten des Kalten Krieges war die Zahl dieser Raketenstarts höher.<ref>Ed Kyle: Worldwide Orbital Launch Summary by Year. In: Space Launch Report. 31. Dezember 2014, abgerufen am 25. Februar 2015 (english, für 2014 werden statt 88 unbemannter Startversuche fälschlicherweise 92 angegeben, die Summe dagegen stimmt). </ref>

Siehe auch

Raketen und Sicherheit

• Betriebssicherheit, Ausfallwahrscheinlichkeit
• Steuerungstechnik, Rettungsrakete
• Raketenflugzeug, Dyna-Soar, Space Shuttle
• Flüssigkeitsrakete, Feststoffrakete, Ionenantrieb
• Brennkammer
• Stufenrakete

Flugbahn und Lagekontrolle

• Raketenstartplatz
• Antennentechnik, Bordcomputer
• Lageregelung, Äußere Orientierung, Sternsensor

Geschichte

• Geschichte der Raumfahrt, Raketenpioniere, Kybernetik
• Liste der Raketentypen
• Unbemannte und bemannte Raumfahrtmissionen
• Raumstation

Weblinks

• Erklärung des Raketenstarts bei techniklexikon.net

Einzelnachweise

<references />