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Die (bemannte) Raumfahrt

1. Start und vor dem Start

Vorraussetzungen:

a)Wirft man einen Körper von der Erde aus hoch, so stellt man fest, dass der Körper wieder, durch die Gravitationskraft der Erde auf den Körper, nach einiger Zeit auf den Boden aufkommt. Erhöht man die Abwurfgeschwindigkeit des Körpers, so dauert es länger, bis er auf den Boden aufkommt. Da kommt die Frage auf, ob ab einer bestimmten (endlichen) Abwurfgeschwindigkeit ein Körper nicht mehr auf den Boden aufschlägt und der Erde bzw. seinem Gravitationsfeld „entkommt“, oder ob es einer unendlich großen Geschwindigkeit bedarf, um den Körper auf ewige Zeit in die Weiten des Universums zu schießen. Tatsächlich ist es so, dass schon eine endliche Geschwindigkeit ausreicht, um den Körper aus den Zwängen der Erde zu entziehen. Die minimale Geschwindigkeit, die ausreicht, um einen Satellit, der an der Erdoberfläche startet, aus dem Einflussbereich der Erde zu entziehen, nennen wir 2.kosmische Geschwindigkeit oder kurz Fluchtgeschwindigkeit der Erde. Diese ergibt sich aus dem Gleichsetzen der kinetischen Energie des Satelliten E(kin)=mv²/2 und der potentiellen Energie des Gravitationsfeldes der Erde E(pot)=gamma*M(erde)*m/r(erde). Durch Auflösen nach v und Einsetzen der entsprechenden Zahlenwerte kommt man auf v(flucht)=11,2km/s.

Durch einfaches Hochwerfen eines Steins z.B. wird man sicher nie auf eine solche Geschwindigkeit kommen. Der einzige Antrieb, den wir heute kennen und der in der Lage ist, die Kraft aufzubringen, um in den Weltraum zu kommen und der auch im Vakuum funktioniert ist der Raketenantrieb.

Der Raketenantrieb verwendet das so genannte Rückstoßprinzip, das auf dem Impulserhaltungssatz der Physik beruht.

b)Die Raketengrundgleichung:

{am Ende: Versuch}

Realisierung:

a)Das Raketentriebwerk:

Die bei der Rakete am häufigsten eingesetzten Triebwerke sind das Flüssigkeitstriebwerk und das Feststofftriebwerk.

Beim Flüssigkeitstriebwerk werden Brennstoff und Oxidationsmittel, meist Sauerstoff, getrennt aufbewahrt. Diese werden dann in die Brennkammer gepumpt, wo der Brennstoff unter sehr hohen Temperaturen verbrannt wird.

Beim Feststofftriebwerk dagegen ist der Treibstofftank schon die Brennkammer. Der Treibstoff besteht aus eigentlichem Brennstoff und Oxidator. Feststofftriebwerke sind meist einfacher gebaut, lassen sich allerdings nicht wie Flüssigkeitstriebwerke an-und ausschalten. Durch die Verbrennung entsteht ein sehr hoher Druck und eine hohe Temperatur in der Brennkammer, sodass die Verbrennungsprodukte unter sehr hohem Druck mit hoher Geschwindigkeit aus der Düse strömen und somit (aus dem Druck) eine Schubkraft entsteht, der die Rakete nach vorne treibt.

Große Raketen bestehen meist aus mehreren Stufen, wobei die Stufen eine Art Teilraketen sind. Die ausgebrannte Stufe wird dabei entweder durch Absprengung oder durch Zündung der nächsten Stufe von der Rakete abgetrennt.

b)Die Hülle:

Die Hülle ist enormen Temperaturschwankungen und UV-Strahlen ausgesetzt. Deshalb ist diese auch sehr hitzebeständig und aerodynamisch, um den extremen Hitzeentwicklungen durch Luftreibung in der Erdatmosphäre vorzubeugen. Auch ist sie meist sehr leicht gebaut und weißt ein hohes Reflexionsvermögen auf.

c)Der Raumanzug:

In der innersten Schicht des Raumanzugs befinden sich Schläuche durch die kühles Wasser gepumpt wird, damit es dem Raumfahrer nicht zu heiß in seinem Anzug wird. Die äußeren Schichten bestehen aus Aramidfasern, die oft noch mit Aluminium beschichtet sind. Diese haben die Aufgabe den Astronauten vor gefährlicher kosmischer Strahlung und Mikrometeoriten zu schützen. Im Bauchbereich des Anzugs finden sich oft Anschlüsse von Kühlwasser, Kommunikation, Sauerstoff und Abluft. Aufgrund des sehr geringen Drucks in hoher Höhe bzw. im Weltraum sinkt die Siedetemperatur von Wasser und somit auch von Blut. In 20km Höhe siedet Blut schon bei ca. 308K. Dies liegt unter der „normalen“ Körpertemperatur. Ohne Raumanzug würde also das Blut in dieser Höhe schon mit dem Sieden anfangen. Durch das Verdampfen des Bluts würde der Astronaut binnen weniger Sekunden sterben. Somit ist der Raumanzug lebensnotwendig und in ihm muss ein Überdruck herrschen, so dass das Blut nicht mehr beim Aufenthalt im Weltraum sieden kann. Allerdings muss der Druck so gering wie möglich gehalten werden. Dies liegt daran, dass bei einem großen Innendruck der Raumanzug sich stark aufblähen würde und somit die Beweglichkeit des Astronauten stark senken würde.

2. Flug und Landung

a)Gefahr durch Weltraummüll:

Einer der größten Gefahren für einen Raumflugkörper stellen Mikrometeoriten , und Überbleibsel der verschiedenen Raumfahrmissionen, so genannter Weltraummüll, dar. Diese sind zwar meist sehr klein (ca.100µm-1cm), haben jedoch enorme Geschwindigkeit von bis zu 30km/s und können dementsprechend verheerende Folgen für das Raumschiff und dessen Insassen haben. So schlug z.B. 1983 ein 200µm großer Mikrometeor in das Spezialglas eines Spaceshuttles ein und hinterließ eine 2mm große Scharte. Deshalb beobachtet das amerikanische Luftraumverteidigungskommando NORAD ( North American Aerospace Defense Command) die Bewegung des Weltraummülls mit Radar, um die Astronauten gegebenenfalls warnen zu können. In ihrer Liste stehen etwa 150000 Körper, die von 1mm bis zu einigen Metern groß sind.

b)Die Lenkung:

Die Lenkung einer Rakete nahe der Erde erfolgt meist,ähnlich wie beim Flugzeug durch aerodynamische Hilfsmittel. Im fast-Vakuum des Weltraums, ist dies jedoch nicht möglich, da es dort praktisch keine Luftmoleküle gibt, von denen sich die Rakete abstoßen kann. Deshalb erfolgt die Lenkung eines Raumschiffes auch durch Schub in gewünschte Richtung. Dies kann z.B. durch Schwenken des Haupttriebwerks oder durch Steuertriebwerke erreicht werden. Voraussetzung für die Lenkung ist ein Navigationsgerät Im Raumflugkörper, dass den Astronauten verrät, ob und wann gelenkt werden soll.

c)Die Landung:

Eingeleitet wird die Landung durch ein Bremsmanöver des Raumschiffs. Das Ziel dabei ist, in einem Winkel von etwa 6,2° zum Erdhorizont in Die Erdatmosphäre einzutauchen. Ist der Winkel zu steil, so verglüht,die Kapsel bzw. das Space Shuttle wegen der zu hohen Luftreibung; ist der Winkel zu flach, so prallt es an der Atmosphäre ab. Beim Wiedereintritt in die Erdatmosphäre erreicht die Hülle eine Temperatur von bis zu 2000°C. Die Funkverbidnung zur Bodenstation reißt dabei ab, was man als „Blackout“ bezeichnet. Zum Schluss wird dann die Geschwindigkeit so weit reduziert, bis eine weiche Landung möglich ist. Bei kapselartigen Rüchkehrsystemen, wie sie bei den Apollo-Missionen verwendet wurden, geschieht dies durch Fallschirme- beim Spaceshuttle durch Auftrieb, ähnlich wie beim Flugzeug

3. Geschichtliche Daten

4. Oktober 1957: Erster Satellit (Sputnik 1)

3. November 1957: Mit Laika ist das erste Lebewesen im Weltall

19. August 1960 : Mit Strelka und Belka landen erstmals zwei Lebewesen wieder sicher auf der Erde

12. April 1961: Erster Mensch im Weltall (Juri Gagarin)

16. Juni 1963: Erste Frau im Weltraum (Walentina Wladimirowna Tereschkowa)

18. März 1965: Erster Mensch schwebt frei im Weltraum (Alexei Leonow)

16. Juli 1969: Mit Neil Armstrong landet der erste Mensch auf dem Mond

15. Dezember 1971: Erste Landung auf einem anderen Planeten, der Venus

12. April 1981: Das erste wiederverwendbare Raumschiff, Space Shuttle Columbia, startet zum Erstflug

Quellen:

http://de.wikipedia.org/wiki/Raumfahrt

http://de.wikipedia.org/wiki/Raketentriebwerk

http://de.wikipedia.org/wiki/Rakete

http://www.apollo-projekt.de/raumanzug.htm

http://de.wikipedia.org/wiki/Raumanzug

http://lexikon.meyers.de/meyers/Raketentriebwerk

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