Die Reporterbande und

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1 Kapitel 1 Die Reporterbande und RAKETEN ESA/CNES/Arianespace ESA / D. Ducros ZEITUNG SONDERAUSGABE RAKETEN 2003 DLR, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.v., Standort Bonn-Oberkassel / Vervielfältigung für Lehrzwecke gestattet 1 Raketen

2 Ein neues Abenteuer für die Reporterbande Start! Was machst denn du da? Sind da Mini-Astronauten drin? Nee ich mach einen Versuch zum Rückstoßprinzip. Yeah! Explosionen, Sensationen, Attraktionen! Rückstoßprinzip. Wau! Krass! Was ist denn hier los? Quatschkopf. Du wirst gleich sehen, was passiert. Rückstoßprinzip! Geht es um Raketen oder was? Da wollten wir doch eine Sonderausgabe machen! Logo, da könnt ihr doch auch den Versuch erklären - und dieses Rückhosen- Raketenprinzip oder wie das heißt. Über Erdenmenschenraketen? Hm? Ich glaube, das erklärt besser Albert DLR, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.v., Standort Bonn-Oberkassel / Vervielfältigung ltigung für Lehrzwecke gestattet 2 Raketen

3 ESA/CNES/Arianespace Die Reporterbande entdeckt Für was braucht man Raketen? Alles, was von der Erde ins All soll, muss mit Raketen transportiert werden: Raumsonden, Raumstationen, Satelliten und Raumkapseln. Die Raketen bringen zum Beispiel Satelliten ins All und sorgen dafür, dass sie genau in die richtige Umlaufbahn kommen. Da schweben die Satelliten dann alleine weiter die Rakete wird nicht mehr gebraucht. Ganz schön schnell Um in den Weltraum zu gelangen, muss eine Rakete wesentlich schneller als ein Düsenjäger fliegen. Sonst würde die Schwerkraft sie wieder zur Erde hinabziehen. Alle brauchen eine Rakete Sogar das Space-Shuttle startet mithilfe von Raketen. Beim Start hat es auf beiden Seiten zusätzlich je eine riesige Hilfsrakete so genannte Booster. Diese werden aber schon bald nach dem Start abgeworfen, sobald sie ausgebrannt sind. Die europäische Rakete Ariane 5 Zwei sind mehr als einer Um Satelliten oder eine Raumkapsel ins All zu befördern, braucht man sehr viel Kraft. Darum haben die meisten Raketen zwei oder drei Stufen. Das heißt: Eine Rakete besteht aus mehreren kleineren Raketen jede ist eine einzelne Stufe. Hat die erste Stufe ihren Treibstoff verbraucht, wird sie abgeworfen, und die zweite wird gestartet. Danach übernimmt die dritte das letzte Stück der Reise. Wo ist denn bloß die Bedienungsanleitung? Das Space-Shuttle mit seinen beiden Boostern 2003 DLR, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.v., Standort Bonn-Oberkassel / Vervielfältigung für Lehrzwecke gestattet 3 Raketen

4 Mal nachgefragt Ein tolles Erlebnis! Klaus-Dieter Naumann hat seit über 30 Jahren mit Raketen zu tun. Er arbeitet bei der Firma MAN Technologie AG, die Bauteile für Trägerraketen anfertigt. Herr Naumann, was haben Sie mit Raketen zu tun? Wir bauen in einem großen Werk in Augsburg einzelne Teile für Ariane-Raketen. Dazu gehören zum Beispiel große Teile der Außenwand und Treibstofftanks, also Booster. Das sind alles wichtige Teile, ohne die eine Rakete nicht starten kann. Was passiert bei einem Start? Nun, bei einem Raketenstart werden die Triebwerke gezündet. Wenn der Schub größer ist als das Gewicht, dann hebt die Rakete ab. Dafür braucht man ziemlich 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 beste Start, den ich bisher gesehen habe, war der von einer Ariane-3-Rakete. Wir konnten sehen, wie unsere Trenn- und Abwurf-Systeme funktionierten und waren sehr glücklich. Da sind wir sogar in Tränen ausgebrochen. Später haben wir dann die abgeworfenen Teile im Dschungel gesucht. Die waren ganz verbeult und sahen aus wie Zahnpastatuben. Klaus-Dieter Naumann streng. Eigentlich kann einem als Zuschauer nicht viel passieren. Ich war schon einmal bei einem Ariane-5-Start dabei, als die Rakete explodierte uns ist aber nichts zugestoßen. Es war sehr traurig, da wir viel Arbeit und Zeit in den Bau gesteckt haben. Sind Sie schon mal in eine Rakete gestiegen? Eingestiegen bin ich selbst noch nicht, aber ich habe schon einmal eine Rakete berührt, als ich in Kourou war. Das war ein gewaltiges Erlebnis. Es ist sehr beeindruckend, diese unglaublich großen Raketen aus nächster Nähe zu sehen. In einzelnen Bauteilen war ich aber schon mal. Auf dem Hof der MAN Technologie AG stehen Booster, die sind so groß, dass man reingehen kann. Beim nächsten Raketenstart bin ich auch dabei! MAN Technlologie AG Hatten Sie keine Angst bei dem Start? Nein. Es gibt zwar keine 100-prozentige Garantie dafür, dass alles funktioniert, aber so ein Start wird gut geplant, und die Sicherheitsbestimmungen sind sehr 2003 DLR, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.v., Standort Bonn-Oberkassel / Vervielfältigung für Lehrzwecke gestattet 4 Raketen

5 Die Reporterbande entdeckt Stundenlang tanken Kraft und Geschwindigkeit, das passt zu mir. Eine Ariane-5-Rakete fasst insgesamt ungefähr Kilogramm Treibstoff. Ein Auto fasst nur ungefähr 50 Kilogramm Treibstoff. Aber die Rakete braucht auch viel mehr Kraft zum Abheben. Beim Start wird der Treibstoff verbrannt. Dabei entstehen Gase, die aus der Düse kommen und die Rakete antreiben. Das nennt man Rückstoßprinzip. Raketen-Treibstoff Kraftpaket Große Raketen, wie die Ariane 5, können sogar mehrere Satelliten gleichzeitig transportieren. Auto Der Treibstoffbedarf im Vergleich Raketen geben ständig Gas Eine Rakete hat mehrere Stufen. Immer wenn eine Stufe ausgebrannt ist, wird sie abgeworfen und eine neue gestartet. Dadurch bekommt die Rakete ständig Schub. Sie gibt also immer Gas und wird ständig schneller, schneller und schneller. Gut gestartet ist halb geflogen Auch wichtig für den Start einer Rakete ist der richtige Startplatz. Wissenschaftler haben herausgefunden, dass die Erde den Raketen noch einen kleinen Schubs geben kann. Denn die Erde dreht sich schließlich auch, und diese Bewegung nutzen die Wissenschaftler beim Start einer Rakete aus. Deshalb wählen sie oft ein Startgelände in der Nähe des Äquators, denn hier ist die Drehgeschwindigkeit der Erde am größten. Ein ziemlich guter Platz für den Start ist Kourou in Französisch-Guayana. Das ist in Südamerika. Wenn die Rakete dort startet, bekommt sie von der Erde den optimalen Schub DLR, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.v., Standort Bonn-Oberkassel / Vervielfältigung für Lehrzwecke gestattet 5 Raketen

6 Ein Spiel für Spezialisten Das Raketen-Quartett Regeln Zuerst müssen die Karten gut gemischt werden. Die Karten werden an alle Spieler gleichmäßig verteilt. Jeder Mitspieler muss sich einen Kartenstapel machen und jeweils von der obersten Karte ablesen. Derjenige, der die Saturn-V-Karte hat, darf anfangen und wählt zwischen der Höhe, dem Startgewicht, der Nutzlast oder dem ersten und letzten Start. Hat sich der Spieler beispielsweise das Startgewicht ausgesucht, vergleicht er seine Karte mit denen der Mitspieler. Jeder liest nacheinander seinen Wert vor. Der Spieler, dessen Raketenkarte das höchste Startgewicht hat, bekommt die Karten der anderen Mitspieler. Die Karten werden dann hinter die anderen Karten gelegt. Der Sieger dieser Runde darf sich dann eine andere Eigenschaft aussuchen, zum Beispiel die Höhe. So geht es dann immer weiter. Wenn zwei Spieler die gleichen Werte haben, gibt es ein Stechen. Dies kann beispielsweise bei den Fehlstarts passieren. Haben zwei Raketen nur einen Fehlstart gehabt, müssen diese beiden Spieler ein Stechen machen. Sie suchen sich dann eine andere Eigenschaft aus, zum Beispiel die Anzahl der Starts. Dann gewinnt der Spieler, dessen Rakete die meisten Starts gemacht hat. Das Spiel ist zu Ende, wenn einer keine Karten mehr hat. Es gewinnt dann der mit den meisten Karten. Oder es gewinnt der Spieler, der am Ende alle Karten hat. Höhe: 500 Meter! Keine Chance, Evu! Hör auf zu schummeln! 2003 DLR, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.v., Standort Bonn-Oberkassel / Vervielfältigung für Lehrzwecke gestattet 6 Raketen

7 Das Raketen-Quartett 2 Infos zu den Kategorien Höhe: Die Höhe wird von dem unteren Ende bis zur Spitze der Rakete gemessen. Während ihres Fluges wirft die Rakete immer mehr Teile ab; dadurch wird sie immer kleiner und somit auch leichter. Es gewinnt derjenige, der die höchste Rakete hat. Startgewicht: Das Startgewicht einer Rakete ist deren Gesamtgewicht, bevor sie startet. Da sie dann noch voll mit Treibstoff ist, und noch alle Tanks an der Rakete befestigt sind, ist sie beim Start noch sehr schwer. Je höher die Rakete fliegt, desto mehr Treibstoff verbraucht sie. Sind die Raketenstufen ausgebrannt, werden sie von der Rakete abgeworfen. Der Spieler, der die schwerste Rakete hat, gewinnt die Runde. Nutzlast: Dies ist das Gewicht, das die Rakete ins All befördern kann. Wer die Rakete mit der größten Nutzlast hat, gewinnt, denn seine Rakete kann am meisten Material befördern. Erster Start: An diesem Tag wurde die Rakete zum ersten Mal ins All geschossen. Der Spieler mit der Rakete, deren erster Start am längsten zurückliegt, gewinnt die Runde. Zum Beispiel eine Rakete, die im Jahr 1970 gestartet wurde, gewinnt gegenüber einer Rakete, die 2002 gestartet wurde. Starts insgesamt: So oft hat die Rakete bisher von der Erde abgehoben. Die Rakete mit den meisten Starts gewinnt den Vergleich. Fehlstarts: So oft hat der Start nicht geklappt. Der Spieler, dessen Rakete die wenigsten Fehlstarts hatte, gewinnt die Runde. Herkunftsland: Hier wurde die Rakete gebaut. Hier gibt es keine Gewinner und keine Verlierer. Deswegen könnt ihr diese Eigenschaft auch nicht abfragen. Ihr müsst die Karten jetzt ausschneiden. Wenn ihr sie auf Pappe klebt, hält das Spiel länger. Viel Spaß! Ariane 4 Höhe: 58,4 m Startgewicht: 470 t Nutzlast: kg Erster Start: Starts: 116 Fehlstarts: 3 Herkunftsland: Europa EU ESA/ CNES/ Arianespace Ariane 5 Höhe: 51,4 m Startgewicht: 746 t Nutzlast: kg Erster Start: Starts: 15 Fehlstarts: 2 Herkunftsland: Europa EU ESA/ CNES/ Arianespace 2003 DLR, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.v., Standort Bonn-Oberkassel / Vervielfältigung für Lehrzwecke gestattet 7 Raketen

8 Das Raketen-Quartett 3 Diamant A CNES Redstone Juno-1 Höhe: 20,0 m Startgewicht: 18,4 t Nutzlast: 160 kg Erster Start: Starts: 4 Fehlstarts: 1 Herkunftsland: Frankreich EU Höhe: 21,7 t Startgewicht: 28,5 t Nutzlast: 17 kg Erster Start: Starts: 9 Fehlstarts: 3 Atlas D Mercury Mercury Redstone Höhe: 29,1 m Startgewicht: 116 t Nutzlast: 1360 kg Erster Start: Starts: 10 Fehlstarts: 2 Höhe: 26,2 m Startgewicht: 28,1 t Nutzlast: 0 Erster Start: Starts: 6 Fehlstarts: 1 Titan 2 Gemini Saturn 1B Höhe: 32,8 m Startgewicht: 133 t Nutzlast: 3175 kg Erster Start: Starts: 12 Höhe: 68,3 m Startgewicht: 590 t Nutzlast: kg Erster Start: Starts: 9 Saturn 5 Titan 3E Centaur Höhe: 110,6 m Startgewicht: 2913 t Nutzlast: kg Erster Start: Starts: 13 Höhe: 48,8 m Startgewicht: 633 t Nutzlast: kg Erster Start: Starts: 7 Fehlstarts: 1 Scout Space Shuttle Höhe: 26,0 m Startgewicht: 21,4 t Nutzlast: 208 kg Erster Start: Starts: 18 Höhe: 56,1 m Startgewicht: 2041 t Nutzlast: kg Erster Start: Starts: 113 Fehlstarts: DLR, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.v., Standort Bonn-Oberkassel / Vervielfältigung für Lehrzwecke gestattet 8 Raketen

9 Das Raketen-Quartett 4 Delta 2 (7925) Atlas 2AS Höhe: 38,9 m Startgewicht: 232 t Nutzlast: 5140 kg Erster Start: Starts: 50 Fehlstarts: 2 Höhe: 47,4 m Startgewicht: 237 t Nutzlast: 8620 kg Erster Start: Starts: 25 Pegasus XL Athena Höhe: 16,9 m Startgewicht: 23,1 t Nutzlast: 440 kg Erster Start: Starts: 23 Fehlstarts: 3 Höhe: 28,2 m Startgewicht: 121 t Nutzlast: 2065 kg Erster Start: Starts: 7 Fehlstarts: 2 3 Titan 4B Delta 4 Medium Höhe: 62,2 m Startgewicht: 939 t Nutzlast: kg Erster Start: Starts: 13 Fehlstarts: 2 Höhe: 63,0 m Startgewicht: 250 t Nutzlast: 8600 kg Erster Start: Starts: 2 R7 Sputnik Höhe: 29,2 m Startgewicht: 267 t Nutzlast: 500 kg Erster Start: Starts: 2 Russland RUS Wostok Höhe: 38,0 m Startgewicht: 287 t Nutzlast: 4730 kg Erster Start: Starts: 11 Fehlstarts: 2 Russland RUS RIA Nowosti Woschod Höhe: 44,0 m Startgewicht: 305 t Nutzlast: 5600 kg Erster Start: Starts: 306 Fehlstarts: 13 Russland RUS RIA Nowosti Proton K Höhe: 59,2 m Startgewicht: 692 t Nutzlast: kg Erster Start: Starts: 292 Fehlstarts: 34 Russland RUS ESA / S. Corvaja 2003 DLR, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.v., Standort Bonn-Oberkassel / Vervielfältigung für Lehrzwecke gestattet 9 Raketen

10 Das Raketen-Quartett 5 N1 Höhe: 105,3 m Startgewicht: 2807 t Nutzlast: kg Erster Start: Starts: 4 Fehlstarts: 4 Russland Sojus U Höhe: 49,5 m Startgewicht: 310 t Nutzlast: 6855 kg Erster Start: Starts: 687 Fehlstarts: 19 Russland RUS2 RUS2 Energija Rokot EUROCKOT Höhe: 58,8 m Startgewicht: 2400 t Nutzlast: kg Erster Start: Starts: 2 Russland RUS Höhe: 29,1 m Startgewicht: 107 t Nutzlast: 1950 kg Erster Start: Starts: 6 Russland RUS Kosmos 3M Höhe: 32,4 m Startgewicht: 108 t Nutzlast: 1500 kg Erster Start: Starts: 433 Fehlstarts: 23 Ukraine UKR OHB-System AG Zyklon 3 Höhe: 39,3 m Startgewicht: 206 t Nutzlast: 4100 kg Erster Start: Starts: 120 Fehlstarts: 7 Ukraine UKR Zenit 3SL SEA-LAUNCH PSLV ISRO Höhe: 59,6 m Startgewicht: 471 t Nutzlast: kg Erster Start: Starts: 8 Fehlstarts: 1 Ukraine UKR Höhe: 44,4 m Startgewicht: 294 t Nutzlast: 3770 kg Erster Start: Starts: 7 Fehlstarts: 1 Herkunftsland: Indien Asien Langer Marsch 2F CNSA H2A NASDA Höhe: 62,0 m Startgewicht: 464 t Nutzlast: 8400 kg Erster Start: Starts: 4 Herkunftsland: China Asien Höhe: 52,6 m Startgewicht: 347 t Nutzlast: kg Erster Start: Starts: 5 Herkunftsland: Japan Asien 2003 DLR, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.v., Standort Bonn-Oberkassel / Vervielfältigung für Lehrzwecke gestattet 10 Raketen

11 Wie in Wirklichkeit Start! Eine Rakete funktioniert nach dem Rückstoßprinzip. Du findest, das klingt kompliziert? Das ist auch ein bisschen kompliziert. Wenn du aber erst einmal deine erste eigene Rakete mit Rückstoßprinzip gebaut hast, wirst du es besser verstehen. Vom Prinzip her funktioniert deine Rakete genauso wie die Ariane-5-Rakete. Das braucht ihr: Raketenspitze Klebefläche 1. Eine leere Filmdose. Die meisten Fotogeschäfte haben ganz viele leere Filmdosen, und die Leute dort freuen sich bestimmt, euch bei eurem Versuch zu helfen. 2. Eine Brausetablette, zum Beispiel eine Vitamintablette. 3. Eine Rolle Klebeband. 4. Eine Schere. 5. Und ein bisschen Wasser. Klebefläche Klebefläche Klebefläche Klebefläche 2 x 24 Raketenflügel Raketenhülle 2003 DLR, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.v., Standort Bonn-Oberkassel / Vervielfältigung für Lehrzwecke gestattet 11 Raketen

12 Wie in Wirklichkeit Und so baut ihr eure Rakete: 1. Alle Raketenteile auf der ersten Seite werden an den gestrichelten Linien 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 Filmdose befestigt werden. 4. Der Kreis wird dann zu einem Trichter gefaltet, geklebt und an der Rakete befestigt. 5. Zum Schluss könnt ihr eure Raketen noch schmücken, zum Beispiel mit Seitenflügeln. Fertig Start! Der Start Als Startplatz eignet sich eine flache und freie Fläche. In die Minirakete wird nun der erste 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 der Deckel aufgedrückt, dann die Rakete auf das Startfeld gestellt werden. Nun den Start eurer 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 DLR, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.v., Standort Bonn-Oberkassel / Vervielfältigung für Lehrzwecke gestattet 12 Raketen

13 Macht das mal fertig ZEITUNG SONDERAUSGABE RAKETEN Aufgedeckt: Die Raketen bringen alles hoch! Alles, was von der Erde ins _ soll, muss mit Raketen transportiert werden: Raumsonden, Raumstationen, Satelliten und sogar das Space-Shuttle. ALBERTS KOMMENTAR Liebe Leserinnen und liebe Leser, Sie halten die neue Ausgabe unserer Zeitung in der Hand! Leider ist dem Drucker ein kleiner Fehler unterlaufen: Es fehlen teilweise Texte und Bilder. Es wäre toll, wenn Sie die fehlenden Texte reinschreiben und das fehlende Bild malen könnten. Vielen Dank! Ihr Albert Raketen sind e! Unsere Reporterin Marie hat es knallhart recherchiert: Eine Rakete fliegt wesentlich s als ein Düsenjäger! Wenn sie langsamer wäre, würde die Schwerkraft sie wieder zur Erde hinabziehen! Evu: Meine Rakete ist noch schneller! Meine Rakete fliegt vier Millionen Mal schneller als ein Düsenjäger, sagt Evu gegenüber dieser Zeitung. Dies ist Evus Rakete _ der Rakete: Ort und Zeitpunkt sind wichtig Wissenschaftler haben herausgefunden, dass es ganz bestimmte Orte auf der Erde gibt, die besser für Raketenstarts geeignet sind als andere. Wichtig ist auch der Zeitpunkt. Meist gibt es nur einen bestimmten Zeitraum, in dem der Start stattfinden kann. Die Raumfahrtleute nennen 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 rund 2900 Tonnen DLR, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.v., Standort Bonn-Oberkassel / Vervielfältigung für Lehrzwecke gestattet 13 Raketen

14 Das Raketen-Quiz Was weißt du über Raketen? 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. Wie war das nochmal? 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 DLR, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.v., Standort Bonn-Oberkassel / Vervielfältigung für Lehrzwecke gestattet 14 Raketen

15 Hintergrundinformationen für Lehrkräfte 1 Raketen ESA/CNES/Arianespace Allgemeines zum Kapitel Die einzigen Transportmittel, um Mensch und Material in den Weltraum zu bringen, sind Raketen. Raketen sind deshalb seit jeher ein grundlegendes Element der Raumfahrt. Im Kapitel Raketen der vorliegenden Reihe geht es um die Funktionsweise und 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 Orbitalgeschwindigkeit beschleunigen kann. Die Orbitalgeschwindigkeit ist diejenige Geschwindigkeit, die ein Objekt haben muss, um im Anziehungsbereich der Erde auf seiner Umlaufbahn eine Zentrifugalkraft zu erfahren, die vom Betrag her gleich der Erdanziehungskraft ist und deshalb den Körper im Kräftegleichgewicht auf der Umlaufbahn hält. Diese Geschwindigkeit liegt im erdnahen Weltraum bei knapp 8 km/s oder gut km/h (Zum Vergleich: Normale Pistolenkugeln haben 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 Raketen kennen und erhalten spielerisch technische Informationen. Im Quartett finden sich Angaben zur Länge, zum Gewicht, zur Nutzlastkapazität, zum Einsatz und zum Herkunftsland der Raketen. Letztlich bestimmt die gewünschte Nutzlastkapazität das Design einer Rakete. Um ein Kilogramm zusätzliche Nutzlast in den erdnahen Weltraum bringen zu können, vergrößert sich das Startgewicht der Rakete um durchschnittlich etwa 30 Kilogramm. Eine Rakete, die 10 Tonnen Material in eine Umlaufbahn von 200 Kilometer Höhe bringen kann, wiegt demnach rund 300 Tonnen. Die Rakete muss beim Start eine Schubkraft entwickeln, die größer ist als ihre eigene Gewichtskraft. Die Nutzlastkapazität ist daher aufgrund der Leistungsfähigkeit der heutigen Triebwerkstechnologie begrenzt. Die technischen Spezifikationen der Raketen im Quartett sind auf einen direkten Vergleich der verschiedenen Modelle untereinander ausgelegt. Das betrifft insbesondere die Nutzlast. Die Angaben zur Nutzlast beziehen sich auf den Transport in den erdnahen Weltraum mit einer Flughöhe von rund 200 Kilometern. Viele Raketen sind primär auf den Start von Telekommunikationssatelliten ausgelegt, die in den geostationären Orbit (Höhe ca Kilometer) eingeschossen werden sollen. Da dieser Orbit relativ weit entfernt ist, können diese Raketen dorthin nur wenig Nutzlast mitnehmen. Die Ariane 5 kann beispielsweise 18,5 Tonnen in eine erdnahe Umlaufbahn bringen, aber nur 6,5 Tonnen Nutzlast in den geostationären 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 Rückstoßprinzip basiert auf dem actio = reactio -Prinzip (dem 3. Newtonschen Gesetz) bzw. dem Impulserhaltungssatz. Das Raketentriebwerk stößt Masseteilchen (Verbrennungsgase) mit großer Geschwindigkeit durch die Öffnung in der Brennkammer aus entgegen der Flugrichtung (Aktion). Dadurch entsteht in Flugrichtung eine Kraft, die die Rakete beschleunigt (Reaktion). Je schneller die Verbrennungsgase dabei frei werden, desto schneller wird die Rakete in die Luft befördert (Impulserhaltung). Das Rückstoßprinzip wirkt in jeder Umgebung, d.h. sowohl auf der Startrampe als auch im luftleeren Weltraum DLR, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.v., Standort Bonn-Oberkassel / Vervielfältigung für Lehrzwecke gestattet

16 Hintergrundinformationen für Lehrkräfte 2 Raketen Lernziel 2 In der Praxis unterstützt man die Wirkung des Rückstoßprinzips noch durch das so genannte Stufenprinzip. Raketen werden meist aus mehreren Stufen aufgebaut. Zunächst zündet die erste Stufe. Ist die Stufe ausgebrannt, wird sie von der übrigen Rakete abgetrennt. Die Masse der Stufenstruktur, die Tanks und Triebwerke der verbrauchten Stufe müssen somit auf dem Rest des Flugs nicht mehr beschleunigt werden. Die Mondrakete Saturn V hatte beispielsweise drei Stufen. Einige Raketen, wie die Ariane 5, verfügen neben den klassischen Stufen noch über so genannte Booster. Das sind Feststoff- oder Flüssigtreibstoffraketen, die in der Anfangsphase des Flugs zusätzlichen Schub liefern. Auch die Booster werden nach dem Ausbrennen abgeworfen. Die 30 Meter hohen Booster der Ariane 5 erzeugen über 90 Prozent der Schubkraft beim Start. Jeder Feststoffbooster ist mit rund 240 Tonnen Treibstoff gefüllt. Einmal gezündet, kann der Booster ähnlich einer Feuerwerksrakete nicht mehr gestoppt werden. Die beiden Booster sind nach etwas mehr als zwei Minuten ausgebrannt; sie werden über dem Ozean abgeworfen. Die erste Stufe (Hauptstufe) der Ariane brennt etwa zehn Minuten, anschließend wird die Oberstufe gezündet. Die Oberstufe ist letztlich dafür verantwortlich, dass die Satelliten den richtigen Orbit 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 das Rückstoßprinzip verdeutlichen. Der Start des Filmdöschens ist allerdings nur ansatzweise mit einem richtigen Raketenstart vergleichbar: Der Schub im Versuch wird auf einmal frei, während Raketenantriebe über einen längeren Zeitraum hinweg konstanten Schub liefern. Der Versuch funktioniert wie folgt: Während sich die Brausetablette auflöst, entstehen Bläschen. Das freiwerdende Gas füllt den Raum zwischen Wasseroberfläche und Filmdose in der Dose baut sich ein Druck auf. Da die Filmdose aus einem festen Material besteht, kann sie sich nicht ausdehnen. In dem Moment, in dem sich der Deckel der Dose löst, strömen Gas und Wasser unter hohem Druck ins Freie die Filmkapsel fliegt als Reaktion in die Luft. Bei richtigen Raketen wird das gleiche Prinzip angewandt. Es werden zwei Stoffe benutzt, die zusammen eine chemische Reaktion bilden. Bei der Reaktion entsteht ein Gas, das aus der Triebwerksdüse strömt. In viele Raketen wird ultrakalter flüssiger Sauerstoff und flüssiger Wasserstoff als Treibstoff verwendet, die zu Wasserdampf reagieren (Knallgasreaktion). Die Kinder sollten die Versuche auf jeden Fall nacheinander starten. Die Filmdosen sind durch das Gewicht des Papiers in ihrer Flugkraft erheblich eingeschränkt. Dadurch besteht keine Verletzungsgefahr. Der Erfolg des Versuchs hängt ein wenig vom Typ der verwendeten Filmdose ab. Da die Brausetablette sehr klebrig ist, sollte der Versuch nur draußen durchgeführt werden. Lernziel 3 Wozu braucht man Raketen? In der Raumfahrt werden Raketen als Transportmittel verwendet. Alle Dinge, die in den Weltraum gebracht werden sollen, müssen mit Raketen dorthin gebracht werden. Bei den Nutzlasten kann es sich um verschiedenste Dinge handeln: Raumstationen, Raumkapseln, das Space-Shuttle, Raumsonden zur Erforschung anderer Himmelskörper, Telekommunikations-, Forschungs-, Umwelt- und Erdbeobachtungssatelliten, Experimentalplattformen ja sogar Urnenkapseln für Weltraumbestattungen. 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 Schülerinnen und Schüler grundlegende Informationen zu den verschiedenen Einsatzmöglichkeiten von Raketen. Lückentext und Raketen-Quiz Lösungen zum Lückentext All, Schneller, Start, Rakete, Meter Lösungen zum Raketen-Quiz Wie startet eine Rakete? Antwort A ist richtig. Raketen starten nach dem Rückstoßprinzip. Die Meldung zu diesem Thema befindet sich auf Seite 5 und heißt Stundenlang tanken. Wie schnell fliegt eine Rakete? Antwort B ist richtig. Eine Rakete fliegt wesentlich schneller als ein Düsenjäger. Die passende Meldung Ganz schön schnell steht auf Seite 3. Was ist das Stufenprinzip? Antwort B ist richtig. Eine Rakete hat mehrere Stufen. Wenn eine Stufe ausgebrannt ist, wird sie abgeworfen und eine neue gestartet. So bekommt die Rakete ständig neuen Schub. Die passende Meldung Zwei sind mehr als einer finden Sie auf der Seite 3. Wozu braucht man Raketen? Antwort B ist richtig. Raketen werden dazu benötigt, Dinge ins All zu befördern. Auf Seite 3 befindet sich die Meldung zu dieser Frage. Interessantes zum Thema Museumsbesuche Ein Besuch im Hermann-Oberth-Raumfahrt-Museum in Feucht bei Nürnberg ist mit Sicherheit ein Erlebnis. Neben der auf Schulklassen spezialisierten Ausstellung im Erdgeschoss des Museums bietet ein Kino im Obergeschoss eine große Auswahl an Filmen über die Raumfahrt von den frühen Anfängen bis in unsere Zeit. Das Deutsche Museum in München widmet der Raumfahrt eine eigene Abteilung. Auch das Deutsche Technikmuseum in Berlin verfügt über ein Angebot zur Luft- und Raumfahrt DLR, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.v., Standort Bonn-Oberkassel / Vervielfältigung für Lehrzwecke gestattet

17 Motiv Astronaut: Motiv ISS: ESA / D. Ducros Motiv Hubble: Oberfläche des Mars Motiv Beagle 2: ESA / Illustration von Medialab Beagle 2 Bild von Meteosat Reparatur von Hubble Montage der ISS Weltraumlabor Columbus wird noch angedockt ESA / D. Ducros ESA / D. Ducros Motiv Meteosat: ESA / D. Ducros 2002 ESA 2002 /JPL uctions ESA / Denman prod S RI PA ESA/ LN KÖ EN EM BR Europäisches RaumfahrtKontrollzentrum ESA 2002 KOMMUNIKATIONSSATELLIT ARTEMIS LEO ESA / A. van der Gees RAUMSONDE CASSINI-HUYGENS ESA Huygens Motiv ENVISAT: ESA / Denmann productions Satelliten-Antennen einer Bodenstation Bild von ENVISAT Ariane 5 Motive Ariane: ESA / CNES / Arianespace / D. Ducros WELTRAUMNEBEL GEO ST A T ION ÄR E R ORB IT ( G EO) ERD N AH ER ORB IT ( LEO ) Motiv Erde: ESA CKT DE ENTDE RTERBAN DIE REPO ERDBEOBACHTUNGSSATELLIT ENVISAT GEO ESA/CNES/Arianespace Motiv Europa: ESA / D. Ducros 2002 ALL DAS WELT DA RM ST AD T WETTERSATELLIT METEOSAT INTERNATIONALE RAUMSTATION ISS AstronautenTrainingszentrum SE OU UL TO RAUMSONDE MARS EXPRESS WELTRAUMTELESKOP HUBBLE Bau von Komponenten der Ariane ESA/CNES/Arianespace /JPL Motiv Artemis: ESA / J. Huart Motiv Weltraumnebel: / The Hubble Heritage Team Motiv Cassini/Saturn: / JPL / / The Hubble Heritage Team