Warum startet eine Rakete?

Eine Rakete stößt sich nicht von der Luft oder dem Boden ab. In der Brennkammer verbrennen Treibstoff und Oxidator unter hohem Druck, und das heiße Gas entweicht durch eine Düse mit mehreren Kilometern pro Sekunde. Der Rückstoß dieser nach hinten ausgestoßenen Masse verleiht dem Fahrzeug einen gleich großen Impuls nach vorn. Die resultierende Kraft, der Schub, entspricht dem Massenstrom des Abgases multipliziert mit seiner Geschwindigkeit, zuzüglich eines kleinen Druckterms am Düsenaustritt. Da die Reaktion aus dem Abgas selbst stammt, funktioniert das Prinzip auch im Vakuum genauso gut – deshalb sind Raketen die einzige praktikable Möglichkeit, eine Umlaufbahn zu erreichen.

Auf der Startrampe hebt die Rakete erst ab, wenn der Schub ihr Gewicht übersteigt. Das Verhältnis beider Größen, das Schub-Gewichts-Verhältnis, liegt bei großen Trägerraketen beim Zünden typischerweise zwischen 1,2 und 1,5: Eine Saturn V erzeugte etwa 34 MN Schub gegen ein Gewicht von rund 28 MN und verließ die Rampe nur langsam, wobei sie beim Verbrennen des Treibstoffs leichter wurde und an Geschwindigkeit zunahm. Die Triebwerke werden meist einige Sekunden vor dem Lösen der Haltearme gezündet, damit die Kontrolleure bestätigen können, dass alle mit vollem Schub laufen.

Der Start ist erst der Anfang der Aufgabe. Um eine Umlaufbahn zu erreichen, ist eine horizontale Geschwindigkeit von etwa 7,8 km/s erforderlich. Nach einem kurzen senkrechten Aufstieg kippt die Rakete deshalb ab und verbringt den größten Teil ihrer Brennzeit mit seitlicher Beschleunigung. Stufen werden abgeworfen, sobald ihre Tanks leer sind, um totes Gewicht abzuwerfen, und die Oberstufe brennt weiter, bis das Fahrzeug schnell genug ist, dass sein Fall zur Erde der Krümmung des Planeten entspricht. Alles an einem Start, von der Wahl der Treibstoffe bis zum steilen Anfangsaufstieg, folgt aus der Notwendigkeit, gespeicherte chemische Energie so effizient wie möglich in diese Geschwindigkeit umzuwandeln.