Warum startet eine Rakete so schnell?

Das Bild einer Rakete, die wie eine Kugel losschießt, täuscht. In den ersten Sekunden bewegt sich ein großer Launcher langsam: Der Schub übersteigt das Gewicht nur um 20 bis 40 %, und die Nettobeschleunigung liegt bei wenigen Metern pro Quadratsekunde, weniger als bei einem Sportwagen. Der Eindruck, abgeschossen zu werden, entsteht, weil diese Beschleunigung ständig zunimmt. Das Triebwerk verbrennt Tonnen Treibstoff pro Sekunde, die Masse sinkt, und derselbe Schub bewegt immer weniger Kilogramm. Am Ende der ersten Stufe kann die Belastung 3 oder 4 g erreichen, weshalb manche Fahrzeuge vor der Stufentrennung die Leistung reduzieren.

Der Schub hängt davon ab, wie viel Masse das Triebwerk ausstößt und mit welcher Geschwindigkeit sie austritt. Ein Kerosin-Flüssigsauerstoff-Triebwerk stößt Gas mit etwa 3 km/s aus; ein Wasserstoff-Triebwerk mit rund 4,4 km/s. Diese Ausströmgeschwindigkeit bestimmt, wie viel Geschwindigkeit die Rakete pro Kilogramm verbrannten Treibstoffs gewinnen kann, und erklärt, warum riesige Tanks in Kauf genommen werden: Um den Orbit zu erreichen, ist eine effektive Geschwindigkeit von etwa 9,4 km/s nötig, inklusive der eigentlichen Orbitalgeschwindigkeit sowie der Verluste durch Schwerkraft und Luftwiderstand.

Der gesamte Vorgang ist programmiert. Das Fahrzeug durchläuft bei 60 bis 90 Sekunden den Punkt des maximalen dynamischen Drucks, wobei die Leistung oft gedrosselt wird, um die Struktur zu schützen; danach wird die Atmosphäre dünner, und es kann ohne Widerstand beschleunigen. Stufen werden abgeworfen, sobald sie ausgebrannt sind, sodass das letzte Triebwerk nur noch einen Bruchteil der ursprünglichen Masse bewegt. Diese Abfolge verwandelt einen langsamen Start in eine Orbitalgeschwindigkeit von 7,8 km/s in weniger als zehn Minuten.