Kapitel 1 · 2008-05-07 · Kapitel 1 © 2003 DLR, ... einzelne Stufe. Hat die erste Stufe ihren Treibstoff verbraucht, wird sie ... 1 Herkunftsland: Frankreich EU Atlas D Mercury

Kapitel 1

© 2003 DLR, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V., Standort Bonn-Oberkassel / Vervielfältigung für Lehrzwecke gestattet 1 Raketen

ZEITUNGSONDERAUSGABE

RAKETEN


RAKETEN

ESA

/CN

ES/A

riane

spac

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Die Reporterbande und

RAKETENDie Reporterbande und

RAKETEN

3 DLR D t h Z t fü L ft d R f h t V St d

ESA

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ucro

s

Ein neues Abenteuer für die Reporterbande

© 2003 DLR, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V., Standort Bonn-Oberkassel / Vervielfältigung für Lehrzwecke gestattet 2 Raketen© 2003 DLR, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V., Standort Bonn-Oberkassel / Vervielfältigung für Lehrzwecke gestattet 2 Raketen

Was ist denn

hier los?

Ich glaube, das erklärt

besser Albert.

Was machst denn du da?

Sind da Mini-Astronauten drin?

Nee – ich mach

einen Versuch zum

Rückstoßprinzip.

Quatschkopf.

Du wirst

gleich sehen,

was passiert.

Yeah! Explosionen, Sensationen,

Attraktionen! Rückstoßprinzip.

Über

Erden-

menschen-

raketen?

Krass! Rückstoßprinzip!

Geht es um Raketen oder

was? Da wollten wir doch

eine Sonderausgabe machen!

Hm?

Logo, da könnt ihr doch

auch den Versuch erklären

- und dieses Rückhosen-

Raketenprinzip oder

wie das heißt.

3 - 2 - 1 - Start!

Wau!

Die Reporterbande entdeckt

Sogar das Space-Shuttle startet mit-hilfe von Raketen. Beim Start hat esauf beiden Seiten zusätzlich je eineriesige Hilfsrakete – so genannteBooster. Diese werden aber schonbald nach dem Start abgeworfen,sobald sie ausgebrannt sind.

Alle braucheneine Rakete

Wo ist denn

bloß die

Bedienungs-

anleitung ?

W

b

B

an

© 2003 DLR, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V., Standort Bonn-Oberkassel / Vervielfältigung für Lehrzwecke gestattet 3 Raketenrvielfältigung für Lehrzwecke gestattet 3 Raketen

Zwei sind

mehr als einer

Um Satelliten oder eine Raumkapselins All zu befördern, braucht man sehrviel Kraft. Darum haben die meistenRaketen zwei oder drei Stufen. Dasheißt: Eine Rakete besteht aus meh-reren kleineren Raketen – jede ist eineeinzelne Stufe. Hat die erste Stufeihren Treibstoff verbraucht, wird sieabgeworfen, und die zweite wird ge-startet. Danach übernimmt die drittedas letzte Stück der Reise.

S

a

Für was brauchtman Raketen?

Alles, was von der Erde ins All soll, muss mitRaketen transportiert werden:Raumsonden, Raumstationen, Satellitenund Raumkapseln. Die Raketen bringenzum Beispiel Satelliten ins All und sorgendafür, dass sie genau in die richtige Umlauf-bahn kommen. Da schweben die Satellitendann alleine weiter – die Rakete wird nichtmehr gebraucht.

NAS

A

Alle br h

Um in den Weltraum zu gelangen,muss eine Rakete wesentlichschneller als ein Düsenjäger fliegen.Sonst würde die Schwerkraft siewieder zur Erde hinabziehen.

Ganz schön schnell

ESA

/CN

ES/A

riane

spac

e

Die europäische

Rakete Ariane 5

Das Space-Shuttle mit

seinen beiden Boostern

Mal nachgefragt

Klaus-Dieter Naumann hat seit über 30Jahren mit Raketen zu tun. Er arbeitetbei der Firma MAN Technologie AG, dieBauteile für Trägerraketen anfertigt.

Herr Naumann, was haben

Sie mit Raketen zu tun?

Wir bauen in einem großen Werk in Augs-burg einzelne Teile für Ariane-Raketen.Dazu gehören zum Beispiel große Teileder Außenwand und Treibstofftanks, alsoBooster. Das sind alles wichtige Teile,ohne die eine Rakete nicht starten kann.

Was passiert bei einem Start?

Nun, bei einem Raketenstart werden dieTriebwerke gezündet. Wenn der Schubgrößer ist als das Gewicht, dann hebtdie Rakete ab. Dafür braucht man ziem-lich viel Schub.

Haben Sie schon mal einen

Raketenstart aus der Nähe gesehen?

Ja, ich war schon mehrmals live dabei.Das ist ein tolles Erlebnis! Der besteStart, den ich bisher gesehen habe, warder von einer Ariane-3-Rakete. Wir konn-ten sehen, wie unsere Trenn- und Ab-wurf-Systeme funktionierten und warensehr glücklich. Da sind wir sogar in Trä-nen ausgebrochen. Später haben wirdann die abgeworfenen Teile im Dschun-gel gesucht. Die waren ganz verbeultund sahen aus wie Zahnpastatuben.

Hatten Sie keine Angst bei dem Start?

Nein. Es gibt zwar keine 100-prozentigeGarantie dafür, dass alles funktioniert,aber so ein Start wird gut geplant, unddie Sicherheitsbestimmungen sind sehr

streng. Eigentlich kann einem als Zu-schauer nicht viel passieren. Ich warschon einmal bei einem Ariane-5-Startdabei, als die Rakete explodierte – unsist aber nichts zugestoßen. Es war sehrtraurig, da wir viel Arbeit und Zeit in denBau gesteckt haben.

Sind Sie schon mal

in eine Rakete gestiegen?

Eingestiegen bin ich selbst noch nicht,aber ich habe schon einmal eine Raketeberührt, als ich in Kourou war. Das warein gewaltiges Erlebnis. Es ist sehrbeeindruckend, diese unglaublich großenRaketen aus nächster Nähe zu sehen.In einzelnen Bauteilen war ich aber schonmal. Auf dem Hof der MAN TechnologieAG stehen Booster, die sind so groß,dass man reingehen kann.


„Ein tollesErlebnis!“

Beim nächsten

Raketenstart

bin ich auch

dabei!

. Eigentlich kann einem alser nicht viel passieren Ich

MAN

Tech

nlol

ogie

AG

Klaus-Dieter Naumann

Die Reporterbande entdeckt

Eine Ariane-5-Rakete fasst insgesamtungefähr 643 400 Kilogramm Treib-stoff. Ein Auto fasst nur ungefähr 50Kilogramm Treibstoff. Aber die Rake-te braucht auch viel mehr Kraft zumAbheben. Beim Start wird der Treib-stoff verbrannt. Dabei entstehen Ga-se, die aus der Düse kommen unddie Rakete antreiben. Das nennt manRückstoßprinzip.

Stundenlang tanken


Raketen gebenständig Gas

Eine Rakete hat mehrere Stufen. Immerwenn eine Stufe ausgebrannt ist, wirdsie abgeworfen und eine neue gestar-tet. Dadurch bekommt die Rakete stän-dig Schub. Sie gibt also immer Gasund wird ständig schneller, schnellerund schneller.

Auch wichtig für den Start einer Raketeist der richtige Startplatz. Wissenschaftlerhaben herausgefunden, dass die Erdeden Raketen noch einen kleinen Schubsgeben kann. Denn die Erde dreht sichschließlich auch, und diese Bewegungnutzen die Wissenschaftler beim Starteiner Rakete aus. Deshalb wählen sie oftein Startgelände in der Nähe des Äqua-tors, denn hier ist die Drehgeschwindig-keit der Erde am größten.Ein ziemlich guter Platz für den Start istKourou in Französisch-Guayana. Das istin Südamerika. Wenn die Rakete dortstartet, bekommt sie von der Erde denoptimalen Schub.

Gut gestartet

ist halb geflogen

Kraftpaket

Große Raketen, wie die Ariane 5,

können sogar mehrere Satelliten

gleichzeitig transportieren.

Kraft und

Geschwindigkeit,

das passt zu mir.

Auto

Raketen-Treibstoff

Auto

Raketen-Treibstoff

Auto

Raketen-Treibstoff

Der Treibstoffbedarf

im Vergleich

Ein Spiel für Spezialisten


Höhe:

500 Meter!

wecke gestattet 6 Raketen

Keine Chance, Evu!

Hör auf zu schummeln!

öhe: Keine Chance Evu!

Regeln

Zuerst müssen die Karten gut gemischtwerden. Die Karten werden an alle Spie-ler gleichmäßig verteilt. Jeder Mitspielermuss sich einen Kartenstapel machenund jeweils von der obersten Karte ab-lesen.

Derjenige, der die Saturn-V-Karte hat,darf anfangen und wählt zwischen derHöhe, dem Startgewicht, der Nutzlastoder dem ersten und letzten Start.

Hat sich der Spieler beispielsweise dasStartgewicht ausgesucht, vergleicht erseine Karte mit denen der Mitspieler.

Jeder liest nacheinander seinen Wertvor. Der Spieler, dessen Raketenkartedas höchste Startgewicht hat, bekommtdie Karten der anderen Mitspieler. DieKarten werden dann hinter die anderenKarten gelegt.

Der Sieger dieser Runde darf sich danneine andere Eigenschaft aussuchen,zum Beispiel die Höhe. So geht es dannimmer weiter. Wenn zwei Spieler diegleichen Werte haben, gibt es ein Ste-chen. Dies kann beispielsweise bei denFehlstarts passieren. Haben zwei Rake-ten nur einen Fehlstart gehabt, müssendiese beiden Spieler ein Stechen ma-chen. Sie suchen sich dann eine andereEigenschaft aus, zum Beispiel die Anzahlder Starts. Dann gewinnt der Spieler,dessen Rakete die meisten Starts ge-macht hat.

Das Spiel ist zu Ende, wenn einer keineKarten mehr hat. Es gewinnt dann dermit den meisten Karten. Oder es gewinntder Spieler, der am Ende alle Karten hat.

DasRaketen-Quartett

Das Raketen-Quartett 2


Ariane 4

Höhe: 58,4 mStartgewicht: 470 tNutzlast: 10 200 kgErster Start: 15.6.1988Starts: 116Fehlstarts: 3Herkunftsland: Europa

EU

ESA

/CN

ES/A

riane

spac

e

Infos zu den Kategorien

Höhe: Die Höhe wird von dem unterenEnde bis zur Spitze der Rakete gemes-sen. Während ihres Fluges wirft dieRakete immer mehr Teile ab; dadurchwird sie immer kleiner und somit auchleichter. Es gewinnt derjenige, der diehöchste Rakete hat.

Startgewicht: Das Startgewicht einerRakete ist deren Gesamtgewicht, bevorsie startet. Da sie dann noch voll mitTreibstoff ist, und noch alle Tanks an derRakete befestigt sind, ist sie beim Startnoch sehr schwer. Je höher die Raketefliegt, desto mehr Treibstoff verbrauchtsie. Sind die Raketenstufen ausgebrannt,werden sie von der Rakete abgeworfen.Der Spieler, der die schwerste Raketehat, gewinnt die Runde.

Nutzlast: Dies ist das Gewicht, das dieRakete ins All befördern kann.Wer die Rakete mit der größten Nutzlasthat, gewinnt, denn seine Rakete kannam meisten Material befördern.

Erster Start: An diesem Tag wurde dieRakete zum ersten Mal ins All geschos-sen. Der Spieler mit der Rakete, derenerster Start am längsten zurückliegt,gewinnt die Runde.Zum Beispiel eine Rakete, die im Jahr1970 gestartet wurde, gewinnt gegen-über einer Rakete, die 2002 gestartetwurde.

Starts insgesamt: So oft hat die Raketebisher von der Erde abgehoben. DieRakete mit den meisten Starts gewinntden Vergleich.

Fehlstarts: So oft hat der Start nichtgeklappt. Der Spieler, dessen Raketedie wenigsten Fehlstarts hatte, gewinntdie Runde.

Herkunftsland: Hier wurde die Raketegebaut. Hier gibt es keine Gewinner undkeine Verlierer. Deswegen könnt ihr dieseEigenschaft auch nicht abfragen.

Ariane 5

Höhe: 51,4 mStartgewicht: 746 tNutzlast: 18 500 kgErster Start: 4.6.1996Starts: 15Fehlstarts: 2Herkunftsland: Europa

EU

ESA

/CN

ES/A

rian e

spac

e

Ihr müsst die Karten

jetzt ausschneiden. Wenn

ihr sie auf Pappe klebt, hält

das Spiel länger.Viel Spaß!



Diamant A

Höhe: 20,0 mStartgewicht: 18,4 tNutzlast: 160 kgErster Start: 26.11.1965Starts: 4Fehlstarts: 1Herkunftsland: Frankreich

EU

Atlas D Mercury

Höhe: 29,1 mStartgewicht: 116 tNutzlast: 1360 kgErster Start: 9.9.1959Starts: 10Fehlstarts: 2Herkunftsland: USA

Titan 2 Gemini


Mercury Redstone

Höhe: 26,2 mStartgewicht: 28,1 tNutzlast: 0Erster Start: 21.11.1960Starts: 6Fehlstarts: 1Herkunftsland: USA

Redstone Juno-1

Höhe: 21,7 tStartgewicht: 28,5 tNutzlast: 17 kgErster Start: 20.9.1956Starts: 9Fehlstarts: 3Herkunftsland: USA

USA

Saturn 1B

Höhe: 68,3 mStartgewicht: 590 tNutzlast: 18 600 kgErster Start: 26.2.1966Starts: 9Fehlstarts: 0Herkunftsland: USA

Saturn 5


Titan 3E Centaur


Scout

Höhe: 26,0 mStartgewicht: 21,4 tNutzlast: 208 kgErster Start: 30.10.1979Starts: 18Fehlstarts: 0Herkunftsland: USA

USA 2

Space Shuttle


USA

USA

USA

USAUSA

USA

USA

USA

CNES

NAS

A

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NAS

A

NAS

A

NAS

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RUS RUS

Delta 4 Medium


Titan 4B


Woschod

Höhe: 44,0 mStartgewicht: 305 tNutzlast: 5600 kgErster Start: 16.11.1963Starts: 306Fehlstarts: 13Herkunftsland: UdSSR/

Russland

Wostok


Russland

R7 „Sputnik“


Russland RUS

Proton K

Höhe: 59,2 mStartgewicht: 692 tNutzlast: 19 760 kgErster Start: 10.3.1967Starts: 292Fehlstarts: 34Herkunftsland: UdSSR/

Russland

Delta 2 (7925)


Atlas 2AS


Pegasus XL

Höhe: 16,9 mStartgewicht: 23,1 tNutzlast: 440 kgErster Start: 27.6.1994Starts: 23Fehlstarts: 3Herkunftsland: USA

USA 3

Athena


USA USA

USA USA

USA USA

RUS

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A

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A

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„Now

osti“

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„Now

osti“

ESA

/ S. C

orva

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Langer Marsch 2F

Höhe: 62,0 mStartgewicht: 464 tNutzlast: 8400 kgErster Start: 19.11.1999Starts: 4Fehlstarts: 0Herkunftsland: China

H2A

Höhe: 52,6 mStartgewicht: 347 tNutzlast: 11 730 kgErster Start: 29.8.2001Starts: 5Fehlstarts: 0Herkunftsland: Japan

PSLV

Höhe: 44,4 mStartgewicht: 294 tNutzlast: 3770 kgErster Start: 20.9.1993Starts: 7Fehlstarts: 1Herkunftsland: Indien

Zenit 3SL


Ukraine

Rokot


Russland

Energija


Russland

Zyklon 3


Ukraine

Kosmos 3M


Ukraine

Asien

AsienAsien

RUS 2 RUS 2

Sojus U


Russland

N1


Russland RUS RUS

RUS RUS

UKR UKR

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DA

Wie in Wirklichkeit


3 - 2 - 1 -

Start!

2 x 2 Raketenflügel

Raketenspitze

Raketenhülle

Das braucht ihr:

1. Eine leere Filmdose. Die meistenFotogeschäfte haben ganz viele leereFilmdosen, und die Leute dort freuensich bestimmt, euch bei eurem Versuchzu helfen.

2. Eine Brausetablette, zum Beispiel eineVitamintablette.

3.Eine Rolle Klebeband.

4. Eine Schere.

5. Und ein bisschen Wasser.

Eine Rakete funktioniert nach dem Rück-stoßprinzip. Du findest, das klingt kompli-ziert? Das ist auch ein bisschen kompliziert.Wenn du aber erst einmal deine erste eigeneRakete mit Rückstoßprinzip gebaut hast,wirst du es besser verstehen. Vom Prinzipher funktioniert deine Rakete genauso wiedie Ariane-5-Rakete.

Klebefläche

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Kle

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Kle

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Kle

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4 Raketenflügel

Wie in Wirklichkeit


3 - 2 - 1 - Start!

Und so baut ihr eure Rakete:

1. Alle Raketenteile auf der ersten Seite werden an den gestricheltenLinien ausgeschnitten.

2. Das Papier nun um die Filmdose wickeln. Das klappt am besten,wenn die Dose vorher mit Klebeband am Papier befestigt wird.

3. Jetzt muss das Papier noch einmal außen an der Filmdosebefestigt werden.

4. Der Kreis wird dann zu einem Trichter gefaltet, geklebt undan der Rakete befestigt.

5. Zum Schluss könnt ihr eure Raketen noch schmücken, zumBeispiel mit Seitenflügeln. Fertig.

Als Startplatz eignet sich eine flache und freie Fläche. In die Minirakete wird nun dererste Treibstoff eingefüllt: Wasser. Die Dose wird aber nur halb mit Wasser gefüllt.

Jetzt muss alles ganz schnell gehen:Nun kommt der zweite Treibstoff in die Dose: eine Brausetablette. Schnell muss derDeckel aufgedrückt, dann die Rakete auf das Startfeld gestellt werden. Nun den Starteurer Rakete beobachten.

Achtung!Wichtig ist, dass die Rakete gerade steht, damit sie nicht quer fliegt.Schaut euch den Start aus mindestens zwei Metern Entfernung an.Besser, ihr macht den Versuch draußen, denn die Brausetablette ist ziemlich klebrig.

Der Start

Macht das mal fertig



RAKETENAufgedeckt:Die Raketen bringen alles hoch!Alles, was von der Erde ins _ _ _ soll, muss mit Raketentransportiert werden: Raumsonden, Raumstationen,Satelliten und sogar das Space-Shuttle.

Raketen sind _ _ _ _ e _ _ _ _!Unsere Reporterin Marie hat es knallhart recherchiert:Eine Rakete fliegt wesentlich s _ _ _ _ _ _ _ _ als einDüsenjäger! Wenn sie langsamer wäre, würde dieSchwerkraft sie wieder zur Erde hinabziehen!

Evu: Meine Rakete ist noch schneller!„Meine Rakete fliegt vierMillionen Mal schneller alsein Düsenjäger“, sagt Evugegenüber dieser Zeitung.

_ _ _ _ _ der Rakete:Ort und Zeitpunkt sind wichtigWissenschaftler haben herausgefunden, dass es ganzbestimmte Orte auf der Erde gibt, die besser für Raketen-starts geeignet sind als andere. Wichtig ist auch derZeitpunkt. Meist gibt es nur einen bestimmten Zeitraum,in dem der Start stattfinden kann. Die Raumfahrtleutenennen das „Launch Window“ (Startfenster).

Ein riesen Ding!Die größte _ _ _ _ _ _, die gestartet ist, war die Saturn V.Sie war 110,6 _ _ _ _ _ hoch und wog beim Start rund2900 Tonnen.

Dies ist Evus Rakete

Liebe Leserinnenund liebe Leser,

Sie halten die neueAusgabe unsererZeitung in der Hand!Leider ist demDrucker ein kleinerFehler unterlaufen:Es fehlen teilweiseTexte und Bilder.Es wäre toll, wenn Siedie fehlenden Textereinschreiben und dasfehlende Bild malenkönnten.

Vielen Dank!

Ihr Albert

A L B E R T SK O M M E N T A R

Das Raketen-Quiz


Was weißt duüber Raketen?

Wie war das nochmal?

Wie startet eine Rakete?

A) Raketen funktionieren nach dem Rückstoßprinzip:

Beim Start wird der Treibstoff verbrannt.

Dabei entstehen Gase – und diese Gase,

die aus der Düse kommen, treiben die Rakete an.

B) Eine Rakete isst erst einmal sieben Autos und drei

LKWs. Dann hat sie genug Energie für den Start.

C) In der Rakete sitzen Astronauten, und jeder von ihnen hat ein Fahrrad.

Die Astronauten müssen ganz stark in die Pedale treten,

dann hat die Rakete irgendwann die richtige Startgeschwindigkeit.

D) In einer Rakete sitzen 2000 Hamster, die in einem Rad laufen. Über dieses

Rad werden die galaktischen Düsen angetrieben. Dadurch startet die Rakete.

Wie schnell fliegt eine Rakete?

A) Eine Rakete fliegt nicht. Sie znörrt, denn im Weltall kann man nur znörren.

B) Eine Rakete fliegt wesentlich schneller als ein Düsenjäger.

C) Eine Rakete fliegt wesentlich langsamer als ein Düsenjäger.

D) Eine Rakete fliegt nur einmal im Jahr – und zwar an Silvester.

Was ist das Stufenprinzip?

A) Das Stufenprinzip wird auch Treppenprinzip genannt. Wenn jemand eine

Treppe hochsteigt, bewegt er sich immer näher an den Weltraum heran.

Das Stufenprinzip findet somit seine Anwendung.

B) Eine Rakete hat mehrere Stufen. Wenn eine Stufe ausgebrannt ist,

wird sie abgeworfen und eine neue gestartet. So bekommt die Rakete

ständig neuen Schub.

C) Das Stufenprinzip kennt jeder Friseur. Wenn jemand einen Stufenschnitt

haben will, wird das Stufenprinzip angewendet.

D) Das Stufenprinzip braucht man gar nicht, weil an der Rakete immer schon

eine Leiter bereitsteht.

Wozu braucht man Raketen?

A) Astronauten brauchen Raketen zum Spielen, weil sie oft ihre Carrera-Bahn

vergessen. Dann sind die Tage im All nicht so lang.

B) Alles, was von der Erde ins All soll, muss mit Raketen transportiert werden:

Raumsonden, Raumstationen, Satelliten und auch das Space-Shuttle.

C) Die Astronauten brauchen Raketen, um sich gegen Aliens zu verteidigen.

D) „Die Raketen werden sich verspäten“, sagt Evu über Raketen. Und er hat

Recht: Raketen sind die öffentlichen Verkehrsmittel im Weltall.

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Hintergrundinformationen für Lehrkräfte 1 Raketen

Allgemeines zum Kapitel

Die einzigen Transportmittel, um Mensch und Material in den Weltraum zu bringen, sind Raketen. Raketen sind deshalb seitjeher ein grundlegendes Element der Raumfahrt. Im Kapitel Raketen der vorliegenden Reihe geht es um die Funktionsweiseund die Einsatzmöglichkeiten von Raketen. Schwerpunkte bilden hierbei die Einführung der Begriffe „Rückstoßprinzip“ und„Stufenprinzip“ sowie die anschauliche Vermittlung von Größen- und Mengenverhältnissen.

Lernziel 1

Was sind Raketen?Eine Rakete ist ein Fluggerät, das eine Nutzlast auf Orbitalge-schwindigkeit beschleunigen kann. Die Orbitalgeschwindigkeitist diejenige Geschwindigkeit, die ein Objekt haben muss,um im Anziehungsbereich der Erde auf seiner Umlaufbahneine Zentrifugalkraft zu erfahren, die vom Betrag her gleichder Erdanziehungskraft ist und deshalb den Körper im Kräf-tegleichgewicht auf der Umlaufbahn hält. Diese Geschwin-digkeit liegt im erdnahen Weltraum bei knapp 8 km/s odergut 28 000 km/h (Zum Vergleich: Normale Pistolenkugelnhaben eine Mündungsgeschwindigkeit von rund 0,3 km/s).

Zum Lernziel 1 gehören folgende Inhalte:– Meldung: „Ganz schön schnell“– Interview: „Ein tolles Erlebnis“– Spiel: Raketen-Quartett

Ziel des Raketen-Quartetts:Mit dem Quartett lernen die Schüler verschiedene Raketenkennen und erhalten spielerisch technische Informationen.Im Quartett finden sich Angaben zur Länge, zum Gewicht,zur Nutzlastkapazität, zum Einsatz und zum Herkunftslandder Raketen.

Letztlich bestimmt die gewünschte Nutzlastkapazität dasDesign einer Rakete. Um ein Kilogramm zusätzliche Nutzlastin den erdnahen Weltraum bringen zu können, vergrößertsich das Startgewicht der Rakete um durchschnittlich etwa30 Kilogramm. Eine Rakete, die 10 Tonnen Material in eineUmlaufbahn von 200 Kilometer Höhe bringen kann, wiegtdemnach rund 300 Tonnen. Die Rakete muss beim Start eineSchubkraft entwickeln, die größer ist als ihre eigene Gewichts-kraft. Die Nutzlastkapazität ist daher aufgrund der Leistungs-fähigkeit der heutigen Triebwerkstechnologie begrenzt.

Die technischen Spezifikationen der Raketen im Quartett sindauf einen direkten Vergleich der verschiedenen Modelleuntereinander ausgelegt. Das betrifft insbesondere die Nutzlast.Die Angaben zur Nutzlast beziehen sich auf den Transport inden erdnahen Weltraum mit einer Flughöhe von rund 200Kilometern. Viele Raketen sind primär auf den Start vonTelekommunikationssatelliten ausgelegt, die in den geosta-tionären Orbit (Höhe ca. 36 000 Kilometer) eingeschossenwerden sollen. Da dieser Orbit relativ weit entfernt ist, könnendiese Raketen dorthin nur wenig Nutzlast mitnehmen.Die Ariane 5 kann beispielsweise 18,5 Tonnen in eine erdnaheUmlaufbahn bringen, aber „nur“ 6,5 Tonnen Nutzlast in dengeostationären Transferorbit transportieren.

Mehr zum Thema Orbit finden Sie auch im Kapitel Orbit.

Lernziel 2

Wie startet und fliegt eine Rakete?Raketen arbeiten nach dem Rückstoßprinzip, das ihnen erlaubt,selbst im luftleeren All noch Schub zu entwickeln. Das Rück-stoßprinzip basiert auf dem „actio = reactio“-Prinzip (dem3. Newtonschen Gesetz) bzw. dem Impulserhaltungssatz. DasRaketentriebwerk stößt Masseteilchen (Verbrennungsgase)mit großer Geschwindigkeit durch die Öffnung in der Brenn-kammer aus – entgegen der Flugrichtung (Aktion). Dadurchentsteht in Flugrichtung eine Kraft, die die Rakete beschleunigt(Reaktion). Je schneller die Verbrennungsgase dabei freiwerden, desto schneller wird die Rakete in die Luft befördert(Impulserhaltung). Das Rückstoßprinzip wirkt in jeder Umge-bung, d.h. sowohl auf der Startrampe als auch im luftleerenWeltraum.

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Hintergrundinformationen für Lehrkräfte 2 Raketen

Lernziel 2

In der Praxis unterstützt man die Wirkung des Rückstoßprinzipsnoch durch das so genannte Stufenprinzip. Raketen werdenmeist aus mehreren Stufen aufgebaut. Zunächst zündet dieerste Stufe. Ist die Stufe ausgebrannt, wird sie von der übrigenRakete abgetrennt. Die Masse der Stufenstruktur, die Tanksund Triebwerke der verbrauchten Stufe müssen somit aufdem Rest des Flugs nicht mehr beschleunigt werden. DieMondrakete Saturn V hatte beispielsweise drei Stufen.

Einige Raketen, wie die Ariane 5, verfügen neben den klassi-schen Stufen noch über so genannte „Booster“. Das sindFeststoff- oder Flüssigtreibstoffraketen, die in der Anfangsphasedes Flugs zusätzlichen Schub liefern. Auch die Booster werdennach dem Ausbrennen abgeworfen. Die 30 Meter hohenBooster der Ariane 5 erzeugen über 90 Prozent der Schubkraftbeim Start. Jeder Feststoffbooster ist mit rund 240 TonnenTreibstoff gefüllt. Einmal gezündet, kann der Booster – ähnlicheiner Feuerwerksrakete – nicht mehr gestoppt werden. Diebeiden Booster sind nach etwas mehr als zwei Minutenausgebrannt; sie werden über dem Ozean abgeworfen. Dieerste Stufe (Hauptstufe) der Ariane brennt etwa zehn Minuten,anschließend wird die Oberstufe gezündet. Die Oberstufe istletztlich dafür verantwortlich, dass die Satelliten den richtigenOrbit erreichen.

Zum Lernziel 2 gehören folgende Inhalte:– Meldung: „Stundenlang tanken“– Meldung: „Landung auf dem Mond“– Mledung: „Raketen geben ständig Gas“– Meldung: „Gut gestartet ist halb geflogen“

Zum Lernziel 2 gehört auch der Raketenversuch:Der Raketenversuch soll den Schülerinnen und Schülern dasRückstoßprinzip verdeutlichen. Der „Start“ des Filmdöschensist allerdings nur ansatzweise mit einem richtigen Raketenstartvergleichbar: Der Schub im Versuch wird „auf einmal“ frei,während Raketenantriebe über einen längeren Zeitraumhinweg konstanten Schub liefern.

Der Versuch funktioniert wie folgt: Während sich die Brause-tablette auflöst, entstehen Bläschen. Das freiwerdende Gasfüllt den Raum zwischen Wasseroberfläche und Filmdose –in der Dose baut sich ein Druck auf. Da die Filmdose auseinem festen Material besteht, kann sie sich nicht ausdehnen.In dem Moment, in dem sich der Deckel der Dose löst, strömenGas und Wasser unter hohem Druck ins Freie – die Filmkapselfliegt als Reaktion in die Luft. Bei richtigen Raketen wird dasgleiche Prinzip angewandt. Es werden zwei Stoffe benutzt,die zusammen eine chemische Reaktion bilden. Bei derReaktion entsteht ein Gas, das aus der Triebwerksdüse strömt.In viele Raketen wird ultrakalter flüssiger Sauerstoff undflüssiger Wasserstoff als Treibstoff verwendet, die zu Wasser-dampf reagieren (Knallgasreaktion).

Die Kinder sollten die Versuche auf jeden Fall nacheinanderstarten. Die Filmdosen sind durch das Gewicht des Papiers inihrer Flugkraft erheblich eingeschränkt. Dadurch besteht keineVerletzungsgefahr. Der Erfolg des Versuchs hängt ein wenigvom Typ der verwendeten Filmdose ab.

Da die Brausetablette sehr klebrig ist, sollte der Versuch nurdraußen durchgeführt werden.

Lernziel 3

Wozu braucht man Raketen?In der Raumfahrt werden Raketen als Transportmittel verwen-det. Alle Dinge, die in den Weltraum gebracht werden sollen,müssen mit Raketen dorthin gebracht werden. Bei den Nutz-lasten kann es sich um verschiedenste Dinge handeln: Raum-stationen, Raumkapseln, das Space-Shuttle, Raumsonden zurErforschung anderer Himmelskörper, Telekommunikations-,Forschungs-, Umwelt- und Erdbeobachtungssatelliten, Experi-mentalplattformen – ja sogar Urnenkapseln für Weltraum-bestattungen.

Zum Lernziel 3 gehören folgende Inhalte:– Meldung: „Für was braucht man Raketen?“– Meldung: „Alle brauchen eine Rakete“– Meldung: „Zwei sind mehr als einer“– Meldung: „Kraftpaket“

Informationen zu dieser Meldung: Hier erhalten die Schüler-innen und Schüler grundlegende Informationen zu denverschiedenen Einsatzmöglichkeiten von Raketen.

Lückentext und Raketen-Quiz

Lösungen zum LückentextAll, Schneller, Start, Rakete, Meter

Lösungen zum Raketen-QuizWie startet eine Rakete? Antwort A ist richtig. Raketen startennach dem Rückstoßprinzip. Die Meldung zu diesem Themabefindet sich auf Seite 5 und heißt „Stundenlang tanken“.

Wie schnell fliegt eine Rakete? Antwort B ist richtig. EineRakete fliegt wesentlich schneller als ein Düsenjäger. Diepassende Meldung „Ganz schön schnell“ steht auf Seite 3.

Was ist das Stufenprinzip? Antwort B ist richtig. Eine Raketehat mehrere Stufen. Wenn eine Stufe ausgebrannt ist, wirdsie abgeworfen und eine neue gestartet. So bekommt dieRakete ständig neuen Schub. Die passende Meldung „Zweisind mehr als einer“ finden Sie auf der Seite 3.

Wozu braucht man Raketen? Antwort B ist richtig. Raketenwerden dazu benötigt, Dinge ins All zu befördern. Auf Seite3 befindet sich die Meldung zu dieser Frage.

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Das Deutsche Museum in München widmet der Raumfahrteine eigene Abteilung. Auch das Deutsche Technikmuseumin Berlin verfügt über ein Angebot zur Luft- und Raumfahrt.

TOULO

USE

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GEOSTATIO

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Motiv Beagle 2: ESA / Illustration von MedialabMotiv Meteosat: ESA / D. Ducros 2002Motiv Hubble: NASAMotiv ISS: ESA / D. DucrosMotiv Astronaut: NASA

Motive Ariane: ESA / CNES / Arianespace / D. DucrosMotiv Erde: ESA Motiv ENVISAT: ESA / Denmann productions Motiv Weltraumnebel: NASA / The Hubble Heritage Team Motiv Cassini/Saturn: NASA / JPL / NASA / The Hubble Heritage Team

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ESA/CNES/Arianespace

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Motiv Artemis: ESA / J. HuartMotiv Europa: ESA / D. Ducros 2002

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Kapitel 1 · 2008-05-07 · Kapitel 1 © 2003 DLR, ... einzelne Stufe. Hat die erste Stufe ihren Treibstoff verbraucht, wird sie ... 1 Herkunftsland: Frankreich EU Atlas D Mercury