Raketen bewegen sich. Doch warum können sie im Vakuum Beschleunigung erzeugen? Ein echter Rätselspaß. Das liegt am Prinzip der Impulserhaltung. Impulse bleiben dauerhaft – das gilt für alle beteiligten Massen. Mit dem Ausstoßen von Gasen aus dem Triebwerk wird eine Kraft erzeugt. Diese treibt die Rakete voran. Überraschend, oder? Im Vakuum gibt es keinen Luftwiderstand. Dennoch entfaltet sich eine Kraft die das Gegenteil der ausgestoßenen Materie bewirkt.
Die zugrundeliegende Formel ist bemerkenswert. Es handelt sich um F = mVe + peAe. Hierbei steht F für die resultierende Kraft. Die Masse des Gases ist m – seine Geschwindigkeit Ve. Der Druck in der Brennkammer wird als pe bezeichnet während Ae die Fläche des Düsenauslasses beschreibt. Im Vakuum ist der Umgebungsdruck pe genauso viel mit null. Demnach vereinfacht sich die Formel erheblich.
Ein weiterer Vergleich verdeutlicht dies – das Abfeuern einer Waffe. Schießt man eine Kugel ab, bewegt sich das Projektil nach vorne. Währenddessen erfährt die Waffe einen Rückstoß nach hinten. Beide – Projektil und Waffe – haben entgegengesetzte Impulse. Sie addieren sich zu null. Diese physikalische Grundlage gilt ebenfalls für Raketen im tiefen Weltraum.
Stellen wir uns vor wir sitzen in einem Boot auf einem Teich. Werfen wir Steine – bewegt sich das Boot in die entgegengesetzte Richtung. Hier zeigt sich der Impulserhaltungssatz in seiner besten Form. Kein Luftwiderstand ist nötig; der physikalische Effekt funktioniert trotzdem.
Die Rakete muss ihren Weg zum Ziel finden. Im Vakuum hat sie es tatsächlich etwas leichter. Ohne den Widerstand der Luft kann sie ihre Beschleunigung effektiver nutzen. Das Raketenmotorprinzip ist überaus effizient. Ein Rückstoßmotor benötigt keine Luft und stößt kontinuierlich beschleunigte Gase aus.
Zusammengefasst kann gesagt werden: Dass das Geheimnis der Raketenbeschleunigung im Vakuum die Anwendung des Impulserhaltungssatzes ist. Die Kraft die durch den Gasausstoß erzeugt wird, treibt die Rakete vorwärts – die Gase werden zurückgestoßen. Dadurch kann sich die Rakete im luftleeren Raum bewegen.
Und das macht die Raumfahrt so faszinierend. Es zeigt uns die Zusammenhänge physikalischer Gesetze und ihrer Anwendung in der Realität.
Warum beschleunigen Raketen im Vakuum?
Warum sind Raketen in der Lage, im Vakuum zu beschleunigen, obwohl kein Widerstand vorhanden ist?