R.2. Raketentechnik

a) Kurze Einführung

In den nachfolgenden Kapiteln zur Raketentechnik werden schlaglichtartig Themen herausgegriffen, wie der Aufbau einer Rakete, ihr Antriebsprinzip, die Ausgestaltung der Triebwerke oder auch Steuerungsmechanismen und aus Sicht von Patentdokumenten erläutert.

Ende der 1920er Jahre betrugen die größten für den Menschen erreichbaren Höhen im Flugzeug 11,8 km und 12 km im Freiballon. Unbemannte Registrierballone mit Messgeräten gelangten bereits auf etwa 35 km Höhe, bevor sie platzten und ihre Messgeräte am Fallschirm herabsanken.

Angestrebt wurde die Erdanziehungskraft zu überwinden, um bemannte Raketen mit ihrer Nutzlast, bestehend aus Mensch und Material, unversehrt in die äußeren Schichten der Erdatmosphäre und darüber hinaus zu befördern und ein Manövrieren außerhalb des Gravitationsfeldes der Erde zu ermöglichen.

b) Der Rückstoß einer Rakete

Die Tatsache, dass sich außerhalb der Erdatmosphäre ein Vakuum befindet war bekannt und, dass bereits Isaac Newton (1643 - 1727) darauf hingewiesen hatte, sich mit Hilfe des Rückstoßes im Vakuum fortbewegen zu können (OBE23). Dies wurde von seinem dritten Bewegungsaxiom abgeleitet, welches besagt, dass jede auf einen Körper wirkende Kraft eine gleich große, aber entgegengesetzt gerichtete Kraft auslöst.

Dieses Prinzip ist beim Gewehr bekannt. Der gleiche Druck, der die Kugel aus dem Gewehrlauf schießen lässt, wirkt auch auf das geschlossene, hintere Ende des Gewehrlaufs. Dies fühlt der Schütze als Rückstoß.

Für eine Rakete bedeutet dies, dass durch eine explosionsartige Verbrennung von Pulver, Flüssigkeiten oder Gasen ein nach allen Seiten gleich wirkender Druck erzeugt wird. Die dabei erzeugten Verbrennungsgase entweichen aus der Raketendüse, so wie eine Kugel aus dem Gewehrlauf. Ist die Rückstoßkraft groß genug, so wird die Rakete durch diese Rückstoßkraft entgegengesetzt zu den ausströmenden Gasen in Bewegung versetzt.
Die Rückstoßkraft wird auch als Schubkraft oder Schub bezeichnet.

c) Die Pioniere

Erste wissenschaftliche Abhandlungen wurden zu Beginn des 20. Jahrhunderts von Konstantin Ziolkowski (1903), Dr. Robert H. Goddard (1919) und Hermann Oberth (1923) publiziert, wobei Ziolkowski und Oberth unabhängig voneinander die Raketengrundgleichung aufstellten.

Aus dieser ließen sich wesentliche Bedingungen zum Bau von Raketen ableiten, die berücksichtigt werden müssen. Hierzu gehörten die Optimierung der Geschwindigkeit ausströmender Verbrennungsgase, beispielsweise durch die Wahl geeigneter Treibstoffkombinationen und die Verminderung des Leergewichts der Rakete, damit diese beispielsweise mehr Treibstoff aufnehmen kann.