Wie starten wir Dinge in den Weltraum?

Die kurze Antwort:

Wir starten Dinge in den Weltraum, indem wir sie auf Raketen setzen, die genug Treibstoff enthalten, um sie über den größten Teil der Erdatmosphäre zu bringen. Sobald eine Rakete die richtige Entfernung von der Erde erreicht hat, setzt sie den Satelliten oder das Raumfahrzeug frei.

Wir bringen Satelliten und Raumfahrzeuge in den Weltraum, indem wir sie auf Raketen mit Tonnen von Treibstoff setzen. Die Treibstoffe geben der Rakete genug Energie, um sich von der Erdoberfläche zu entfernen. Wegen der Anziehungskraft der Erde benötigen die größten und schwersten Raumfahrzeuge die größten Raketen und den meisten Treibstoff.

Die GRACE Follow-On-Sonde startete im Mai 2018 in die Umlaufbahn. Credit: NASA/Bill Ingalls

Wie hebt eine Rakete ab?

Vor mehr als 300 Jahren stellte ein Wissenschaftler namens Isaac Newton drei grundlegende Gesetze auf, die beschreiben, wie sich Dinge bewegen. Eines dieser Gesetze besagt, dass es für jede Aktion eine gleichwertige und entgegengesetzte Reaktion gibt. Dies ist die wichtigste Idee, die hinter der Funktionsweise von Raketen steht.

Credit: NASA/JPL-Caltech

Wenn Sie Bilder oder Videos von einem Start sehen, werden Sie Abgase sehen, die unten aus der Rakete herausströmen. Abgase sind die Flammen, die heißen Gase und der Rauch, die bei der Verbrennung des Raketentreibstoffs entstehen.

Die Abgase werden aus dem Raketentriebwerk auf den Boden gedrückt. Das ist die Aktionskraft. Daraufhin bewegt sich die Rakete in die entgegengesetzte Richtung und hebt vom Boden ab. Das ist die Reaktionskraft.

Wird eine Rakete, wenn sie einmal gestartet ist, weiterfliegen?

So einfach ist das nicht. Die Schwerkraft der Erde zieht die Rakete immer noch nach unten. Wenn eine Rakete Treibstoff verbrennt und Auspuffgase ausstößt, erzeugt das eine nach oben gerichtete Kraft, die man Schub nennt. Um zu starten, braucht die Rakete so viel Treibstoff, dass die Schubkraft, die die Rakete nach oben drückt, größer ist als die Schwerkraft, die die Rakete nach unten zieht.

Credit: NASA/JPL-Caltech

Eine Rakete muss eine Geschwindigkeit von mindestens 17.800 Meilen pro Stunde erreichen und über dem größten Teil der Atmosphäre in einer gekrümmten Bahn um die Erde fliegen. Dadurch wird sichergestellt, dass sie nicht wieder auf den Boden gezogen wird. Aber was dann passiert, ist unterschiedlich, je nachdem, wo man hin will.

Wie man die Erde umkreist:

Angenommen, man möchte einen Satelliten starten, der die Erde umkreist. Die Rakete startet, und wenn sie sich in einer bestimmten Entfernung von der Erde befindet, lässt sie den Satelliten los.

Credit: NASA/JPL-Caltech

Der Satellit bleibt in der Umlaufbahn, weil er immer noch einen Impuls hat – Energie, die er von der Rakete aufgenommen hat – und die ihn in eine Richtung zieht. Die Schwerkraft der Erde zieht ihn in eine andere Richtung. Dieses Gleichgewicht zwischen Schwerkraft und Impuls sorgt dafür, dass der Satellit um die Erde kreist.

Credit: NASA/JPL-Caltech

Satelliten, die sich in einer erdnahen Umlaufbahn befinden, spüren einen stärkeren Zug der Erdanziehung. Um in der Umlaufbahn zu bleiben, müssen sie sich schneller bewegen als ein weiter entfernter Satellit.

Die Internationale Raumstation umkreist die Erde in einer Höhe von etwa 250 Meilen und bewegt sich mit einer Geschwindigkeit von etwa 17.150 Meilen pro Stunde. Vergleichen Sie das mit den Tracking- und Datenrelais-Satelliten, die uns helfen, Informationen zu und von anderen NASA-Missionen zu erhalten. Diese Satelliten kreisen in einer Höhe von mehr als 22.000 Meilen und bewegen sich viel langsamer – etwa 6.700 Meilen pro Stunde – um ihre hohe Umlaufbahn zu halten.

Credit: NASA/JPL-Caltech

Wie man zu anderen Planeten kommt:

Wenn man versucht, zu einem anderen Planeten zu gelangen, braucht man eine schnelle Rakete, um die Erdanziehung zu überwinden. Um das zu schaffen, muss man eine Geschwindigkeit von etwa 25.000 Meilen pro Stunde erreichen. Aber man muss auch herausfinden, wann man die Erde am besten verlässt, um zu diesem Planeten zu gelangen.

Zum Beispiel erreichen Mars und Erde etwa alle zwei Jahre ihren geringsten Abstand zueinander. Das ist die beste Zeit, um zum Mars zu fliegen, weil man dann am wenigsten Treibstoff und Zeit braucht, um dorthin zu gelangen. Allerdings muss die Rakete zum richtigen Zeitpunkt gestartet werden, damit das Raumschiff und der Mars zur gleichen Zeit am gleichen Ort eintreffen.

Wenn Sie in das äußere Sonnensystem reisen wollen, müssen Sie Ihre Reisen sorgfältig planen. Wenn man zum Beispiel ein Raumschiff zur Erforschung des Saturns schickt, möchte man auf dem Weg dorthin Mars und Jupiter begegnen?