30.12.12

Silvester

So funktionieren Raketen

Raumfahrtvisionen an Silvester für alle - dank Pyrotechnik.

Von Norbert Lossau
Foto: dpa

Ob Ariane, Sojus oder Silvesterrakete: Das Grundprinzip ist bei allen gleich
Ob Ariane, Sojus oder Silvesterrakete: Das Grundprinzip ist bei allen gleich

Tausende Raketen werden in der Nacht zum neuen Jahr ein prächtiges Feuerwerk an den Himmel malen. Ein paar Gramm Schwarzpulver sorgen dafür, dass die kleinen Pappröhrchen nach dem physikalischen Prinzip des Rückstoßes in die Höhe schießen und dort ihre Nutzlast freisetzen – bunt leuchtende Sterne. Dieser Spaß ist für ein paar Euro zu haben. Es gibt indes auch Raketen, deren Stückpreise sich im dreistelligen Millionenbereich bewegen. Die großen Trägerraketen können Satelliten in Erdumlaufbahnen schießen, Astronauten zur "Internationalen Raumstation" befördern und Forschungssonden zu anderen Himmelskörpern katapultieren. Jeder Rover, der vom Mars Fotos funkt, ist in einer Rakete gestartet.

Zivil und militärisch untrennbar

Raketentechnik ist eine Schlüsseltechnik. GPS-Navigationssysteme in Autos, Wetterkarten im Fernsehen, weltumspannende Kommunikation, Internet, das Beobachten der Eisschmelze an den Polen oder Lagebilder nach Naturkatastrophen sind nur einige Beispiele für Anwendungen, welche die Verfügbarkeit von Raketentechnik voraussetzen. Über militärische Satelliten ist damit noch gar nichts gesagt.

Eine Rakete an und für sich kann bereits eine Waffe sein – wenn sie nicht Raumsonden oder Astronauten, sondern Bomben in ihrer Spitze birgt. Seit dem Kalten Krieg sind Mittel- und Langstreckenraketen mit nuklearen Sprengköpfen die ultimative Waffe. Bislang sind es eine Handvoll Staaten, die über geeignete Raketen verfügen, mit denen sich Atombomben über große Distanzen hinweg – gleichsam aus der Ferne – zum Einsatz bringen lassen könnten. Doch es gibt ein Stakkato von Meldungen immer neuer Raketentests. Wenn zum Beispiel eine Unha-3 in Nordkorea gestartet wird, stellt sich mancher die Frage, ob es hier nicht eher um militärische Entwicklungen als um zivile Forschungsprogramme geht.

Eine strikte Unterscheidung zwischen zivil und militärisch ist nicht möglich. Jede Rakete mit einer bestimmten Reichweite und einer Nutzlastkapazität, die für den Transport einer Bombe ausreicht, lässt sich auch militärisch nutzen. Prominentes Beispiel für die fließenden Grenzen ist das Projekt Sea Launch. Sowjetische SS-18-Interkontinentalraketen werden heute genutzt, um von einer schwimmenden Plattform im Pazifik aus Satelliten ins All zu transportieren. Das nennt man eine gelungene Rüstungskonversion – auch wenn es sich bei dem einen oder anderen Satelliten, der in den Erdorbit steigt, dann doch wieder um einen militärischen handelt.

Auch schon kleine, nur mit konventionellen Sprengstoffen bestückte Raketen können Menschen töten. Etwa die Serie von Raketen, die vor einem Monat aus dem Gazastreifen in Richtung Israel abgefeuert wurde. Dieses Beispiel weist auch auf ein weiteres wichtiges Anwendungsfeld hin: die Abwehr von Raketen durch Antiraketen. Die Abwehrraketen müssen über eine clevere Elektronik verfügen, damit sie die anfliegende Rakete in Sekundenbruchteilen unschädlich machen können. Das heißt: Die verteidigende Rakete ist teurer als die angreifende. Es sei denn, der Angreifer setzt eine Cruise Missile ein. Diese "intelligenten" Marschflugkörper mit Raketenantrieb sind auch nicht gerade preiswert. Ein Exemplar kostet mehr als eine Million Euro. Da sie in Höhen von nur 15 bis 100 Meter fliegen, sind sie nur schwer zu orten und mit Antiraketen abzufangen.

Alle Raketen – von der Silvesterrakete bis zur bislang größten, der Mondrakete Saturn-V – funktionieren nach demselben Prinzip. Durch eine chemische Reaktion wird ein Rückstoß erzeugt, der die Rakete in die entgegengesetzte Richtung antreibt. Actio = Reactio nennen Physiker dieses Grundprinzip. Die Frage ist nur, welchen Schub eine Rakete entwickeln kann – und wie lange ihre Triebwerke brennen können. Um ein paar Schwarzpulverkügelchen 100 Meter in die Höhe zu katapultieren reicht ein Schub von circa vier Newton – was anschaulicheren 400 Gramm entspricht. Zum Vergleich: Die Saturn-V erreichte bei ihrem Start eine gigantische Schubkraft von 33.851.000 Newton.

Drei Typen von Treibstoff

Je nach Anwendungszweck ist die Wahl des Treibstoffs eine zentrale Frage. Man unterscheidet drei Kategorien: feste, flüssige und "kryogene" Treibstoffe. Kryo-Treibstoffe sind ebenfalls flüssig, besitzen aber eine extrem niedrige Temperatur. Es handelt sich bei ihnen um verflüssigte Gase. So wird das Haupttriebwerk der Ariane-5 mit flüssigem Wasserstoff und Sauerstoff angetrieben. Zusätzlich verfügt die Ariane-5 auch noch über zwei Feststoff-Booster, welche die Schubkraft erhöhen.

Feststoff-Booster können problemlos gelagert und ohne großen technischen Aufwand betrieben werden. Doch einmal gezündet, lassen sie sich nicht wieder stoppen oder in ihrer Schubkraft steuern. Der Schub von Triebwerken mit flüssigen Treibstoffen lässt sich regulieren, so wie der Druck aufs Gaspedal mehr oder weniger Benzin in die Brennkammer des Motors einspritzt.

In der Praxis werden Raketen meist aus mehreren Stufen zusammengesetzt, die mit unterschiedlichen Treibstoffen betrieben werden können. Es kommt auf den Zweck einer Rakete an, was man mit welcher Präzision wohin transportieren will. So ist etwa für die künftige Ariane-6 geplant, ein mehrfach zündbares Triebwerk zu entwickeln. Dadurch würde es möglich, zunächst einen Satelliten in einer bestimmten Umlaufbahn auszusetzen, um anschließend weiter aufzusteigen und einen zweiten Satelliten in eine größere Höhe zu bringen.

Die Silvesterrakete setzt ihre Leuchteffekte durch eine kleine Explosion am Himmel aus. Ist der Treibsatz abgebrannt und hat die Rakete ihren höchsten Bahnpunkt erreicht, wird in der Raketenspitze eine kleine Schwarzpulverladung gezündet, sodass die Kügelchen dadurch zugleich entflammt und auch hinausgeschleudert werden. Die von Pyrotechnikern als "Sterne" bezeichneten Kugeln bestehen ebenfalls hauptsächlich aus Schwarzpulver, dem Metallsalze beigemischt sind. Durch die beim Abbrand entstehenden hohen Temperaturen werden die Metallionen zum Aussenden von farbigem Licht angeregt. Kupfer strahlt beispielsweise grün, Kalium violett, Natrium gelborange oder Lithium karminrot.

Wenn Sie also in der Silvesternacht das bunte Spektakel bewundern, denken Sie einen Moment daran, dass diese Technik das Schicksal der Menschheit nicht unerheblich mitbestimmt.

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