Die Prinzipien der Raketentechnik wurden erstmals vor mehr als 2.000 Jahren getestet, aber erst in den letzten 70 Jahren wurden diese Maschinen für Anwendungen in der Weltraumforschung eingesetzt. Heute bringen Raketen Raumschiffe routinemäßig zu anderen Planeten in unserem Sonnensystem. Näher an der Erde können Raketen, die Vorräte bis zur Internationalen Raumstation transportieren, zur Erde zurückkehren, alleine landen und wieder eingesetzt werden.
Frühe Raketentechnik
Es gibt Geschichten über Raketentechnologie, die vor Tausenden von Jahren eingesetzt wurden. Zum Beispiel zeigte Archytas, ein griechischer Philosoph und Mathematiker, um 400 v. Chr. Eine Holztaube, die an Drähten aufgehängt war. Laut NASA wurde die Taube durch entweichenden Dampf herumgeschubst.
Etwa 300 Jahre nach dem Taubenexperiment soll Hero of Alexandria das Aeolipil (auch Hero's Engine genannt) erfunden haben, fügte die NASA hinzu. Das kugelförmige Gerät befand sich auf einem kochenden Wasserbecken. Gas aus dem dampfenden Wasser trat in die Kugel ein und entkam durch zwei L-förmige Rohre auf gegenüberliegenden Seiten. Der durch den austretenden Dampf erzeugte Schub ließ die Kugel rotieren.
Historiker glauben, dass die Chinesen die ersten echten Raketen um das erste Jahrhundert nach Christus entwickelten. Sie wurden für farbenfrohe Präsentationen während religiöser Feste verwendet, ähnlich wie bei modernen Feuerwerkskörpern.
In den nächsten paar hundert Jahren wurden Raketen hauptsächlich als Militärwaffen eingesetzt, darunter eine Version namens Congreve-Rakete, die Anfang des 19. Jahrhunderts vom britischen Militär entwickelt wurde.
Väter der Raketentechnik
In der Neuzeit erkennen diejenigen, die heute in der Raumfahrt arbeiten, häufig drei „Väter der Raketentechnik“ an, die dazu beigetragen haben, die ersten Raketen in den Weltraum zu befördern. Nur einer der drei überlebte lange genug, um zu sehen, wie Raketen für die Weltraumforschung eingesetzt wurden.
Der Russe Konstantin E. Tsiolkovsky (1857-1935) veröffentlichte 1903 in einem russischen Luftfahrtmagazin laut NASA die heutige „Raketengleichung“. Die Gleichung betrifft die Beziehungen zwischen Raketengeschwindigkeit und -masse sowie die Geschwindigkeit der Gas tritt aus, wenn es aus dem Abgas des Treibmittelsystems austritt und wie viel Treibmittel vorhanden ist. Tsiolkovsky veröffentlichte 1929 auch eine Theorie mehrstufiger Raketen.
Robert Goddard (1882-1945) war ein amerikanischer Physiker, der am 16. März 1926 die erste Rakete mit flüssigem Brennstoff in Auburn, Massachusetts, in die Luft schickte. Er hatte zwei US-Patente für die Verwendung einer Rakete mit flüssigem Brennstoff und auch für eine Zwei- oder Rakete dreistufige Rakete mit festem Brennstoff nach Angaben der NASA.
Hermann Oberth (1894-1989) wurde in Rumänien geboren und zog später nach Deutschland. Laut NASA interessierte er sich schon früh für Raketentechnik und stellte sich im Alter von 14 Jahren eine "Rückstoßrakete" vor, die sich nur mit ihrem eigenen Auspuff durch den Weltraum bewegen konnte. Als Erwachsener umfasste sein Studium mehrstufige Raketen und die Verwendung einer Rakete, um der Schwerkraft der Erde zu entkommen. Sein Erbe wird durch die Tatsache verdorben, dass er während des Zweiten Weltkriegs an der Entwicklung der V-2-Rakete für Nazideutschland mitgewirkt hat. Die Rakete wurde für verheerende Bombenanschläge auf London eingesetzt. Oberth lebte jahrzehntelang nach Beginn der Weltraumforschung und sah Raketen, die Menschen bis zum Mond brachten, und beobachtete, wie die wiederverwendbaren Space-Shuttle-Besatzungen immer wieder in den Weltraum flogen.
Raketen in der Raumfahrt
Nach dem Zweiten Weltkrieg wanderten mehrere deutsche Raketenwissenschaftler sowohl in die Sowjetunion als auch in die USA aus und unterstützten diese Länder beim Weltraumrennen der 1960er Jahre. Bei diesem Wettbewerb wetteiferten beide Länder um technologische und militärische Überlegenheit und nutzten den Weltraum als Grenze.
Raketen wurden auch verwendet, um Messungen der Strahlung in der oberen Atmosphäre nach Atomtests durchzuführen. Die nuklearen Explosionen hörten größtenteils nach dem Vertrag über das Verbot von Nuklearversuchen von 1963 auf.
Während Raketen in der Erdatmosphäre gut funktionierten, war es schwierig herauszufinden, wie man sie in den Weltraum schickt. Die Raketentechnik steckte noch in den Kinderschuhen und Computer waren nicht leistungsfähig genug, um Simulationen durchzuführen. Dies bedeutete, dass zahlreiche Flugtests endeten und die Raketen Sekunden oder Minuten nach dem Verlassen des Launchpads dramatisch explodierten.
Mit der Zeit und Erfahrung wurden jedoch Fortschritte erzielt. Eine Rakete wurde zum ersten Mal verwendet, um auf der Sputnik-Mission, die am 4. Oktober 1957 einen sowjetischen Satelliten startete, etwas ins All zu schicken. Nach einigen fehlgeschlagenen Versuchen setzten die Vereinigten Staaten eine Jupiter-C-Rakete ein, um ihren Explorer 1 zu heben Satellit ins All am 1. Februar 1958.
Es dauerte noch einige Jahre, bis sich beide Länder sicher genug fühlten, mit Raketen Menschen in den Weltraum zu schicken. Beide Länder begannen mit Tieren (zum Beispiel Affen und Hunde). Der russische Kosmonaut Yuri Gagarin war der erste Mensch im Weltraum, der am 12. April 1961 die Erde an Bord einer Wostok-K-Rakete für einen Multiorbit-Flug verließ. Ungefähr drei Wochen später machte Alan Shepard den ersten amerikanischen suborbitalen Flug mit einer Redstone-Rakete. Einige Jahre später wechselte die Agentur im Mercury-Programm der NASA zu Atlas-Raketen, um die Umlaufbahn zu erreichen, und 1963 war John Glenn der erste Amerikaner, der die Erde umkreiste.
Als die NASA auf den Mond zielte, benutzte sie die Saturn V-Rakete, die mit einer Höhe von 363 Fuß drei Stufen umfasste - die letzte, die stark genug war, um sich von der Schwerkraft der Erde zu lösen. Die Rakete startete zwischen 1969 und 1972 erfolgreich sechs Mondlandemissionen. Die Sowjetunion entwickelte eine Mondrakete namens N-1, deren Programm jedoch nach mehreren Verzögerungen und Problemen, einschließlich einer tödlichen Explosion, endgültig eingestellt wurde.
Das Space-Shuttle-Programm der NASA (1981 bis 2011) verwendete zum ersten Mal Feststoffraketen, um Menschen in den Weltraum zu befördern. Dies ist bemerkenswert, da sie im Gegensatz zu Flüssigraketen nicht ausgeschaltet werden können. Das Shuttle selbst hatte drei flüssigkeitsbetriebene Motoren mit zwei seitlich angebrachten Feststoffraketen-Boostern. 1986 versagte der O-Ring eines Feststoffraketen-Boosters und verursachte eine katastrophale Explosion, bei der sieben Astronauten an Bord des Space Shuttles Challenger getötet wurden. Die Feststoffraketen-Booster wurden nach dem Vorfall neu gestaltet.
Seitdem wurden Raketen eingesetzt, um Raumschiffe weiter in unser Sonnensystem zu schicken: in den frühen 1960er Jahren an Mond, Venus und Mars vorbei, die sich später auf die Erforschung von Dutzenden von Monden und Planeten ausweiteten. Raketen haben Raumschiffe durch das Sonnensystem transportiert, so dass Astronomen nun Bilder von jedem Planeten (sowie dem Zwergplaneten Pluto), vielen Monden, Kometen, Asteroiden und kleineren Objekten haben. Und dank leistungsstarker und fortschrittlicher Raketen konnte das Raumschiff Voyager 1 unser Sonnensystem verlassen und den interstellaren Raum erreichen.
Raketen der Zukunft
Mehrere Unternehmen in vielen Ländern stellen inzwischen ungeschraubte Raketen her - die Vereinigten Staaten, Indien, Europa und Russland, um nur einige zu nennen - und senden routinemäßig militärische und zivile Nutzlasten in den Weltraum.
Und Wissenschaftler und Ingenieure arbeiten kontinuierlich daran, noch anspruchsvollere Raketen zu entwickeln. Stratolaunch, das von Paul Allen und Burt Rutan unterstützte Luft- und Raumfahrtunternehmen, will Satelliten mit zivilen Flugzeugen starten. SpaceX und Blue Origin haben auch wiederverwendbare Raketen der ersten Stufe entwickelt. SpaceX verfügt jetzt über wiederverwendbare Falcon 9-Raketen, die routinemäßig Frachtfahrten zur Internationalen Raumstation durchführen. [In Fotos: SpaceXs erster Erfolg beim Start von Falcon Heavy Rocket!]
Experten sagen voraus, dass Raketen der Zukunft größere Satelliten in den Weltraum befördern und möglicherweise mehrere Satelliten gleichzeitig befördern können, berichtete die Los Angeles Times. Diese Raketen könnten neue Verbundwerkstoffe, Fortschritte in der Elektronik oder sogar künstliche Intelligenz verwenden, um ihre Arbeit auszuführen. Zukünftige Raketen verwenden möglicherweise auch andere Brennstoffe - wie Methan -, die für die Umwelt gesünder sind als das traditionellere Kerosin, das heute in Raketen verwendet wird.
