Warum startet eine Rakete ins All?

Die Grenze des Weltraums, meist bei 100 km (die Kármán-Linie) angesetzt, liegt nur etwa eine Autostunde senkrecht nach oben entfernt. Schwer zu erreichen ist sie nicht wegen der Entfernung, sondern wegen der Geschwindigkeit, die nötig ist, um dort zu bleiben. Ein Objekt, das lediglich auf 100 km steigt, fällt innerhalb von Minuten zurück. Um im Orbit zu bleiben, muss es sich horizontal mit etwa 7,8 km/s (28.000 km/h) bewegen, schnell genug, dass sich der Boden unter ihm wegkrümmt, während es zur Erde fällt. Diese Geschwindigkeit zu erreichen, zusammen mit dem Ausgleich der auf dem Weg nach oben durch Schwerkraft und Luftwiderstand verlorenen Energie, ist der gesamte Zweck eines Starts.

Flugzeugtriebwerke benötigen Luft zum Atmen, und Tragflächen brauchen Luft, um Auftrieb zu erzeugen; oberhalb von etwa 30 km gibt es von beidem zu wenig. Eine Rakete führt ihren eigenen Oxidator mit sich und funktioniert nach Newtons drittem Gesetz: Sie stößt heißes Gas mit mehreren Kilometern pro Sekunde nach hinten aus, und das Fahrzeug wird mit derselben Kraft nach vorne getrieben. Das funktioniert im Vakuum genauso gut, weshalb Raketen der einzige Antrieb sind, der den Aufstieg vollständig bewältigen kann. Der Preis dafür ist Masse: Eine Orbitalrakete besteht beim Start typischerweise zu 85 bis 90 Prozent aus Treibstoff, daher werfen Ingenieure leere Tanks stufenweise ab, um zu vermeiden, totes Gewicht zu beschleunigen.

Ein Start beginnt senkrecht, um die dichteste Luftschicht schnell zu durchqueren, und kippt dann in einem Gravity Turn ab, sodass der größte Teil des Schubs in den Aufbau horizontaler Geschwindigkeit fließt. Nach zwei bis zehn Minuten schaltet die letzte Stufe bei der Zielgeschwindigkeit ab, und die Nutzlast befindet sich im Orbit. Um weiter zu kommen, zum Mond oder zu den Planeten, müssen noch einige Kilometer pro Sekunde hinzukommen, weshalb interplanetare Sonden im Vergleich zu den Raketen, die sie tragen, klein sind.