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Raumfahrt Drucken E-Mail
Als Raumfahrt bezeichnet man Reisen oder Transporte in oder durch den Weltraum. Der Übergang zwischen Erde und Weltraum ist fließend und wurde durch die Fédération Aéronautique Internationale (FAI) auf eine Grenzhöhe von 100 Kilometern festgelegt. Die klassische Trennung zwischen Luft- und Raumfahrt wird aber zunehmend durch die technische Entwicklung suborbitaler Raumflugzeuge und Raketenflugzeuge aufgeweicht.

In den Anfangszeiten der Raumfahrt wurde noch klar zwischen dieser und der Astronautik unterschieden; letztere umfasst vor allem deren wissenschaftlich-technische Entwicklungen und wird im Englischen nach wie vor als Astronautics bezeichnet, während die eigentlichen Raumflüge space flights genannt werden.

Geschichte

Obwohl schon lange die Vorstellung von Reisen zum Mond oder anderen Planeten und Sternen bestand, wurde erst im 20. Jahrhundert mit der Entwicklung der Raketentechnik eine brauchbare und die bisher einzige Methode gefunden, die ausreichend lange so hohe Beschleunigung ermöglicht, dass ein dauerhaftes Verlassen des Planeten möglich wird.

Theoretische Grundlagen und Raketen-Pioniere

Die Theorie der Raumfahrt wurde unter anderem von dem Russen Konstantin Ziolkowski (1857-1935) untersucht, der die mathematischen Grundprinzipien des Raketenantriebs, die Raketengrundgleichung formulierte. Auch der Deutsche Hermann Oberth (1894-1989) stellte 1923 die Grundgleichung der Raketentechnik auf und zeigte wie Ziolkowski mit dem Konzept der Stufenrakete, wie man große Nutzlasten energetisch günstig in die gewünschte Flugbahn bringen kann.

Von den ersten Ingenieuren und experimentellen Wissenschaftlern sei der US-Amerikaner R. H. Goddard (1882-1945) erwähnt, der ab etwa 1910 kleine Raketenmotoren entwickelte. 1926 gelang ihm der Start der ersten Flüssigkeitsrakete. Noch früher tätig war hierin der Südtiroler Astronom und Raketenpionier Max Valier (1895-1930). Er wagte als erster Europäer Experimente mit flüssigen Treibstoffen und baute unter anderem ein Raketenauto (heute im Deutschen Museum). Bei einem Labortest in Berlin explodierte ein Aggregat und ein Metallsplitter tötete den nur 35-Jährigen.

Diese Grundlagenforschung enthusiastischer Einzelpersonen bis Anfang der 1930er Jahre war Grundstock für die Entwicklung zur Hochtechnologie, die nur in Symbiose mit militärischen Interessen und staatlicher Finanzierung möglich war. Einen großen Anteil an solchen Weiterentwicklungen hatte Wernher von Braun (1912-1977) - von Peenemünde 1934 und der A4 (dem Vorbild vieler sowjetischer/russischer und US-Raketen) bis zur Saturn V der Mondlandungen 1969-1972.

Neben technischen Grundlagen bilden die astronomischen Erkenntnisse der Himmelsmechanik die Voraussetzung für Raumfahrt an sich.

Militär und Industrie entdecken die Raumfahrt

Dieser Prozess setzte zunächst im Deutschen Reich ein, das in der neuen Technologie eine Möglichkeit erkannte, die Bestimmungen des Versailler Vertrags zu umgehen. Bis zum Ausbruch des Zweiten Weltkrieges entstand so der Forschungs- und Produktionskomplex Peenemünde unter Wernher von Braun, der schließlich die A4/V2-Rakete hervorbrachte. Diese erste Großrakete der Welt wurde als Fernwaffe vor allem gegen London und Antwerpen eingesetzt. Aufgrund der relativen Treffungenauigkeit und dem außerordentlich schlechten Verhältnis aus Kosten und Zerstörungswirkung war dieser Raketentyp militärökonomisch eine Fehlentscheidung. Die Militärstrategen und Politiker der Sowjetunion und der USA erkannten das Potential der Raketentechnik, das vor allem darin lag, dass Raketen praktisch nicht abgefangen werden konnten und versuchten, aus dem besetzten Deutschland nicht nur Geräte und Blaupausen, sondern auch Handlungswissen zu erbeuten. Damit begann bereits in den letzten Tagen des Zweiten Weltkrieges ein Wettlauf zwischen den beiden Staaten, der Jahrzehnte andauern sollte. Nach dem Krieg wurden sowohl vollständige Raketen, wie Produktionsanlagen und zahlreiche Wissenschaftler und Techniker in die USA und die Sowjetunion verbracht und bildeten dort die Grundlage der Raketenentwicklung für die nächsten Jahrzehnte.

Der Wettlauf ins Weltall im Kalten Krieg

Im nun einsetzenden Kalten Krieg kam der Raumfahrt vor allem eine massenpsychologische und propagandistische Bedeutung zu. Neben dem offensichtlichen militärischen Wert wurde sie von den Zeitgenossen als Messlatte für die Leistungsfähigkeit und Fortschrittlichkeit der beiden konkurrierenden Systeme wahrgenommen.

Als Folge des so genannten Sputnikschocks im Oktober 1957 wurde der amerikanischen Öffentlichkeit schlagartig bewusst, dass die Sowjetunion den technologischen Rückstand fast vollständig aufgeholt hatte. Von diesem Zeitpunkt an wurde die Raumfahrt auch in den USA nach Kräften gefördert, und es kam zu einem regelrechten Wettlauf. Die sowjetische Raumfahrt erbrachte dabei zahlreiche bedeutende Erstleistungen. Sie brachten einen Monat nach dem Start von Sputnik 1 das erste Lebewesen, die Hündin Laika in den Weltraum. Am 12. April 1961 umkreiste Juri Gagarin als erster Mensch im Weltall die Erde und die Sonden Lunik 2 und Luna 9 führten 1959 und 1966 erstmals auf dem Mond eine harte bzw. weiche Landung durch. Dagegen konzentrierten sich die Anstrengungen der USA unter Präsident Kennedy auf die bemannte Mondlandung, die am 20. Juli 1969 mit einer halben Milliarde TV-Zuschauern das vielleicht größte Medienereignis zur Zeit des Kalten Krieges war.

Obwohl die zivile Raumfahrtbehörde NASA im Mittelpunkt der Öffentlichkeit stand und steht, wurde die Entwicklung der Raumfahrt abseits der öffentlichkeitswirksamen Prestigeprojekte ausschließlich von militärischen Erwägungen bestimmt. Etwa drei Viertel aller Satellitenstarts bis heute dienten militärischen Zwecken. Die USA verfügten seit 1959 über Aufklärungssatelliten, seit 1960 über Wetter-, Navigations- und Frühwarnsatelliten.

Die Sowjetunion führte ihre bereits in den 1960er Jahren begonnenen Forschungen an Kopplungsmanövern, Langzeitflügen und Weltraumausstiegen von Kosmonauten über die erste Raumstation Saljut 1 weiter bis zu gemeinsamen Kopplungsmanövern mit den USA 1975 und schließlich zur permanent bemannten Raumstation Mir.

Kooperation und Globalisierung der Raumfahrt

Schon während der MIR-Ära konnte man eine verstärkte Kooperationsbereitschaft zwischen den USA und Russland beobachten. So dockte der Space Shuttle mehrmals an der alternden Raumstation an und trug damit wesentlich zum Erhalt bei.

Die gemeinsamen Bemühungen mündeten schließlich in der Planung und dem Bau der Internationalen Weltraumstation (ISS). Nach dem Absturz der Raumfähre Columbia und einer Strategieänderung bei der NASA ist die Zukunft der ISS nach 2010 aber nicht mehr gesichert, da man in den USA ab diesem Zeitpunkt das Space Shuttle außer Dienst stellen will.

Grundlagen

Moderne Raumfahrtantriebe funktionieren nach dem Rückstoßprinzip (Drittes newtonsches Axiom). Ähnlich einer Kanone, die zurückrollt wenn eine Kugel davongeschossen wird bewegt sich eine Rakete vorwärts, wenn sie hinten Masse ausstößt. Die wichtigste Eigenschaft eines Raketentreibstoffes aus antriebstechnischer Sicht ist sein spezifischer Impuls, welcher ein Maß für die Effektivität von Triebwerk und Treibstoff darstellt. Je höher er ist, desto besser ist der Treibstoff und das Triebwerk. Er gibt an wie lange mit einer Treibstoffmasse M ein Schub von eben dessen Gewichtskraft erzeugt werden kann. Um von einem Himmelskörper wie der Erde senkrecht abheben zu können muß die Schubkraft größer als die Gewichtskraft sein. Nur chemische Raketentriebwerke und nukleare Raketentriebwerke sind dazu in der Lage.

Aufstieg

Es wird in orbitale und suborbitale Raumfahrt unterschieden. Zur Erreichung eines Orbits muss ein Raumfahrzeug neben der Mindesthöhe auch noch die erste kosmische Geschwindigkeit von rund 7,9 km/s in horizontaler Richtung erreichen, um zu einem Erdsatelliten zu werden. Liegt die Geschwindigkeit darunter, entspricht die Flugbahn einer ballistischen Kurve. Um diese hohe Geschwindigkeit zu erreichen werden Trägerraketen nach dem Stufenprinzip eingesetzt. Man unterscheidet zwischen Tank-, Triebwerks-, Parallel- und Tandemstufung. Der Start einer solchen Trägerrakete erfolgt von einer so genannten Startrampe.

Um die Kosten für die Raumfahrt zu senken versucht man wiederverwendbare Raumfahrzeuge zu entwickeln, die horizontal starten und landen können wie ein Flugzeug. Diese so genannten Raumflugzeuge verwenden zusätzlich luftatmende Triebwerke für den Aufstieg.

Im All

Alle von menschenhand gemachten Objekte, egal ob Raumschiff, Station oder Satellit benötigen mindestens folgende Dinge:

    * Eine Thermalkontrolle, da Wärme im Vakuum nur durch Strahlung ausgetauscht werden kann.
    * Ein Lebenserhaltungssystem, wenn Menschen vorhanden sind
    * Ein Kommunikationssystem
    * Eine Energieversorgung
    * Schutz vor kosmischen Strahlen

Satellit

Ein Satellit (lat. Leibwächter) ist in der Raumfahrt ein Raumflugkörper, der einen Himmelskörper – wie einen Planeten oder einen Mond – auf einer elliptischen oder kreisförmigen Umlaufbahn zur Erfüllung wissenschaftlicher, kommerzieller oder militärischer Zwecke umrundet. Satelliten, die auf einer eigenen Umlaufbahn einen anderen Körper als die Erde zu seiner Erforschung umlaufen, werden Orbiter genannt.

Raumfahrzeuge

Als Raumschiffe werden im allgemeinen alle Fahrzeuge bezeichnet, die zur Fortbewegung im Weltraum geschaffen wurden. Der Hauptantrieb im luftleeren Raum erfolgt durch konventionelle Raketentriebwerke. Sind Menschen an Bord ist ein Lebenserhaltungssystem notwendig. Zum andocken an andere Raumfahrzeuge oder Stationen ist ein Kopplungsadapter notwendig.

Raumstationen

Raumstationen sind, da sie selbst nicht über einen Antrieb zur Fortbewegung oder Landevorrichtungen verfügen, auf Raumfahrzeuge für Transporte angewiesen. Sie beinhalten Labore, Wohnmodule, Luftschleusen und eine Energieversorgung. Technisch herausfordernd beim Betrieb einer Raumstation ist vor allem die Versorgung der Besatzung. Aufgrund der hohen Kosten für Transporte müssen Systeme entwickelt werden, die den Betrieb einer Raumstation weitgehend autark erlauben, das heißt in einem geschlossenen Kreislauf. Besonders bei der Aufbereitung von Wasser und Luft wurden dabei große Fortschritte erzielt. Zum Austausch von Personal werden Raumfahrzeuge eingesetzt, zur Versorgung mit Frachtgütern, Treibstoff und Experimenten werden Raumfrachter eingesetzt.

Raumtransporter

Um Raumstationen mit Fracht und Treibstoff zu versorgen, werden Versorgungschiffe eingesetzt. Diese können auf bemannten Versionen von Raumfahrzeugen basieren, wie zum Beispiel das russische Progress. Andere sind ausschließlich für diesen Zweck verwendbar wie das japanische H-2 Transfer Vehicle.

Raumsonden

Eine Raumsonde ist ein unbemannter Flugkörper, der zu Erkundungszwecken ins Weltall geschickt wird. Im Gegensatz zu einem (Erd-) Satelliten verlässt sie die Umlaufbahn der Erde und fliegt ein entferntes Ziel im Weltraum an, um dieses zu untersuchen. Wegen der oft jahrelangen Dauer von Raumsondenmissionen werden an die technischen Einrichtungen von Raumsonden höchste Anforderungen gestellt. Die Komponenten von Raumsonden werden aufwändigst getestet und im Reinraum zusammengebaut, was die hohen Kosten von Raumsonden erklärt. Ein großes Problem bei Raumsonden gegenüber erdumkreisenden Satelliten ist der große Erdabstand, der lange Laufzeiten der von der Bodenstation ausgesandten Steuerbefehle bewirkt. Aus diesem Grund müssen Raumsonden über Systeme verfügen, die sie in gewissem Umfang von Bodenstationen unabhängig machen. Je nach Aufgabenstellung unterteilt man Raumsonden in:

    * Vorbeiflugsonden – Sonden, die nur einen Vorbeiflug an einem Himmelskörper durchführen.
    * Orbiter – Sonden, die eine Umlaufbahn um einen Himmelskörper einschlagen.
    * Lander – Sonden, die auf einem Himmelskörper landen. Hier ist eine weitere Unterteilung sinnvoll:

    Hydrobot – eine Sonde, die selbständig die Tiefen unbekannter Gewässer erkunden kann.
    Kryobot – eine Sonde, die sich durch Eis hindurchschmilzt, um dieses und darunterliegende Medien zu erkunden.
    Penetrator – eine Raumsonde, die sich bei einer ungebremsten Landung bis zu einigen Metern in den zu untersuchenden Himmelskörper bohrt.
    Rover – ein mobiles Landegerät, mit dem größere Regionen erkundet werden können.
    Probenrückführung (engl. Sample Return) – Sonden, die Proben eines Himmelskörpers oder im Weltraum eingesammelte Partikel zur Erde zurückführen.

Landung

Beim Eintritt in die Atmosphäre wird das Raumschiff oder die Raumsonde abgebremst. Dabei treten Temperaturen von über 1000 °C auf. Bei Raumkapseln werden ablative Hitzeschilde eingesetzt, bei wiederverwendbaren Systemen wie dem Space Shuttle Hitzschutzkacheln. Wenn keine Atmosphäre vorhanden ist muß die Geschwindigkeit vollständig durch Bremsung mit Raketentriebwerken abgebaut werden, zum Beispiel bei einer Landung auf dem Mond. Das Aufsetzen erfolgt entweder vertikal mit laufenden Triebwerken oder horizontal.

Kommerzielle und private Raumfahrt

Der erste Bereich der Raumfahrt, der kommerziell nutzbar wurde, waren Kommunikationssatelliten und Fernsehsatelliten. Der erste experimentelle Nachrichtensatellit war der militärische SCORE. Der erste zivile Nachrichtensatellit war der passive Echo 1, und der erste aktive war Telstar. Die passiven Nachrichtensatelliten erwiesen sich als kommerziell nicht nutzbar. Bei Telstar erwies sich die niedrige Umlaufbahn als nicht sinnvoll. Systeme auf niedrigen Umlaufbahnen wurden daher im Westen von den Geostationären Satelliten abgelöst. Der erste funktionsfähige, noch experimentelle war Syncom 2.

Danach wurde von den Fernmeldegesellschaften und Behörden der westlichen Welt zum kommerziellen Einsatz von Nachrichtensatelliten der Satellitenbetreiber Intelsat gegründet. In den USA entstanden in den folgenden Jahren auch rein private Satellitenbetreiber. In Europa entstanden ebenfalls in einigen Ländern von staatlichen Fernmeldeverwaltungen betriebene Nachrichtensatellitensysteme, die später eingestellt oder privatisiert wurden. Bei den Fernsehsatelliten konnten sich in Europa staatliche Systeme nie richtig entfalten, und es dominierte von Anfang an das private Astra System. Nachdem Intelsat privatisiert wurde, werden Kommunikationssatelliten nur noch in Ausnahmefällen von staatlichen Organisationen betrieben, zum Beispiel militärische Nachrichtensatelliten und experimentelle Satelliten. Ebenfalls werden die Startdienste für diese Satelliten meist von privaten Firmen angeboten (z.B. Arianespace). Dagegen werden die von ihnen benutzten Trägerraketen noch immer mit Steuergeldern von Raumfahrtorganisationen entwickelt, oder die Entwicklung wird subventioniert. Komplett privat finanzierte Trägersysteme gibt es nur sehr wenige. Die meisten sind noch im Planungsstadium oder in Entwicklung.

    * Am 21. Juni 2004 erreichte mit SpaceShipOne zum ersten mal ein ausschließlich von nichtstaatlichen Organisationen finanzierter bemannter Flugkörper die als Grenze zum Weltraum definierte Höhe von 100 Kilometern, ohne jedoch eine Erdumlaufbahn zu erreichen. Im Juli 2005 gründete der Entwickler Burt Rutan eine eigene private Raumfahrtorganisation. Ab dem Jahr 2009 sollen von der Firma Virgin Galactic suborbitale Flüge für rund 200.000 US-Dollar angeboten werden.

    * Am 28. September 2008 brachte eine Falcon eine 165 kg schweren Nutzlast erfolgreich in eine 500 mal 700 Kilometer hohe Umlaufbahn. Es ist somit der erste private Satellitentransport mit einer Flüssigkeitsrakete. Die Rakete wird von SpaceX entwickelt und betrieben.

Dieser Artikel basiert auf dem Artikel Raumfahrt aus der freien Enzyklopädie Wikipedia und steht unter der GNU-Lizenz für freie Dokumentation. In der Wikipedia ist eine Liste der Autoren verfügbar.

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