Warum fliegen Raketen im Weltraum?

Die intuitive Vorstellung, ein Triebwerk "stoße sich von der Luft ab", ist falsch. Eine Rakete funktioniert durch den Ausstoß von Masse: Sie verbrennt Treibstoffe in der Brennkammer, beschleunigt die entstehenden Gase durch eine Düse und stößt sie mit mehreren Kilometern pro Sekunde nach hinten aus. Newtons drittes Gesetz besagt, dass diese Aktion eine gleich große, entgegengesetzte Reaktion am Fahrzeug erzeugt. Nichts Äußeres ist daran beteiligt; der Schub entsteht vollständig im Inneren des Triebwerks, auf der Startrampe genauso wie in 400 km Höhe.

Ein Strahltriebwerk eines Flugzeugs entnimmt der Atmosphäre Sauerstoff, um Kerosin zu verbrennen, weshalb es aufhört zu funktionieren, sobald die Luft knapp wird. Eine Rakete vermeidet diese Grenze, indem sie ihr eigenes Oxidationsmittel mitführt, sei es flüssiger Sauerstoff, Distickstofftetroxid oder das Perchlorat, das in einem Feststofftreibstoff verwendet wird. Es ist eine in Bezug auf die Masse teure Lösung, da das Oxidationsmittel meist mehr wiegt als der Treibstoff, aber es ist die einzige, die es einem Triebwerk erlaubt, im Vakuum oder auf der Mondoberfläche zu zünden.

Entgegen der verbreiteten Annahme verbessert der Weltraum tatsächlich die Leistung eines Raketentriebwerks. In der Atmosphäre verzögert der Außendruck die Expansion der Gase in der Düse und verringert den Schub; im Vakuum verschwindet dieser Druck, und dieselbe Menge Treibstoff erzeugt mehr Impuls. Deshalb verwenden obere Stufen Düsen, die viel länger und breiter sind als die der ersten Stufe, konstruiert, um dort zu arbeiten, wo es keine Luft gibt. Zudem reicht ohne Luftwiderstand ein kleiner Schub aus, um die Umlaufbahn zu ändern, und Satelliten können ihre Flugbahn jahrelang mit winzigen Triebwerken halten.