Raumfahrt

Um ins Weltall zu kommen, braucht es einen geeigneten Platz, an dem die gewaltige Rakete ihre Triebwerke zünden, Feuer spucken, Unmengen von Qualmwolken erzeugen und mit mächtigem Getöse himmelwärts starten kann. Das geht natürlich nicht inmitten einer Großstadt. Deshalb werden Weltraumbahnhöfe in dünn besiedelten Gebieten oder auch an der Küste eines Ozeans errichtet. Welche wichtigen Aspekte für die Wahl eines geeigneten Platzes noch bedacht werden müssen, erfährst du auf dieser Seite.

Weltweit gibt es zur Zeit 25 'Bahnhöfe', von denen aus eine Reise ins All möglich ist.

Wie sieht ein guter Standort für einen Weltraumbahnhof aus?

Weltraumbahnhöfe befinden sich zumeist in Äquatornähe, da die Raketen hier den meisten Schwung von der Erddrehung mitnehmen können, wenn sie starten. Die Erde dreht sich von West nach Ost, wobei ein Ort am Äquator mit dem Breitengrad Null die höchste Geschwindigkeit erreicht.

Die Raketen starten in östlicher Richtung, also mit der Erddrehung, und nehmen diesen Drehimpuls mit. Dadurch kann Treibstoff gespart werden. Die Triebwerke der Rakete müssen am Äquator etwas weniger Schub erzeugen, um die Erde zu verlassen und den Orbit zu erreichen. Auf höheren Breitengraden ist eine höhere Schubkraft nötig, da die Erdrotation weniger stark ist.

Shuttlestart
Hier sehen wir den ersten Start des Space Shuttle Atlantis im Jahr 1985. Quelle: NASA

Ein Weltraumbahnhof muss aber noch weitere Bedingungen erfüllen. Da die Raketen Richtung Osten starten und manch eine den Orbit aufgrund technischer Probleme nicht erreicht, sollte ein großes Gebiet östlich des Bahnhofs nicht besiedelt sein. Es kommt leider ab und zu vor, dass eine Rakete kurz nach ihrem Start explodiert und brennende Trümmerteile zu Boden stürzen.

Aber auch wenn alles reibungslos abläuft, verliert die startende Rakete einige ihrer Teile. Leere Treibstoffbehälter und ausgebrannte Raketenstufen, die für die weitere Reise nicht mehr benötigt werden, werden abgeworfen und verglühen zumeist in der Atmosphäre. Manche erreichen aber trotzdem den Erdboden.

Dann sollte am Standort des Weltraumbahnhofes auch das Wetter gut einschätzbar sein und nicht zu wilde Kapriolen schlagen. Bei starkem Wind und Regen oder bei Schneesturm können keine Starts und Landungen erfolgen. Zudem sollte sich ein Weltraumbahnhof in einem politisch stabilen Gebiet befinden. Gegenden, die ständig umkämpft sind, also keine politische Sicherheit bieten können, sind für Weltraumbahnhöfe denkbar ungeeignet.

Weltkarte mit Weltraumbahnhöfen

Weltraumbahnhöfe

Auf dieser Karte sind einige Weltraumbahnhöfe verzeichnet. Wie man sieht, liegen viele von ihnen nicht in der Nähe des Äquators. Es ist recht schwierig, alle Bedingungen, die für einen guten Standort sprechen, in die Realität umzusetzen. Größtes Hindernis dabei sind wohl territoriale Hindernisse. Am günstigsten ist ein Weltraumbahnhof im eigenen Land. Russland liegt hierbei fernab vom Äquator und hat seine Bahnhöfe auf Breitengraden zwischen 42 und 65 Grad, sie liegen also teilweise sogar nördlicher als Deutschland. Zum Vergleich ist die Lage von Berlin eingezeichnet.

Länder mit Weltraumbahnhöfen

Die Europäische Union

... hat ihren Weltraumbahnhof nicht im dicht besiedelten Europa, sondern in Mittelamerika, in Kourou in Französisch-Guayana. Das Land gehört zu Frankreich und grenzt im Osten direkt an den Atlantik. Zudem befindet es sich in Äquatornähe auf dem 5. Breitengrad. Alles in allem also ein idealer Standort.

Die USA

... betreibt insgesamt 3 Weltraumbahnhöfe. Der bekannteste und am häufigsten genutzte ist das Kennedy Space Center in Cape Canaveral in Florida mit dem Atlantik im Osten. 1949 war das zunächst ein Raketenversuchsgelände. Ab 1968 wurde der Ort im Zuge der Mondflüge zum Weltraumbahnhof ausgebaut. Hier starteten und landeten auch die Space Shuttles, die Astronauten und Versorgungsgüter zur Raumstation ISS brachten oder Satelliten im Erdorbit aussetzten.

Kennedy Space Center Florida Auf diesem Bild (Quelle: NASA) haben wir einen Blick auf das Kennedy Space Center in Cape Canaveral, Florida. Im Vordergrund wird gerade das Spaceshuttle Atlantis transportiert.

Im Hintergrund ragt das 'Vehicle Assembly Building' gen Himmel, eine Montagehalle, in der die Spaceshuttles mit dem Außentank und den Feststoffraketen verbunden und für den Start vorbereitet wurden.

Es ist das Wahrzeichen des Kennedy Space Centers, hat eine Höhe von 160,3 Metern, ist 218,2 Meter lang und 157,9 Meter breit. Mit einem Rauminhalt von 3.664.883 Kubikmetern zählt es zu den größten Hallenbauten der Erde und besitzt mit 139 Metern die höchsten Tore der Welt. (Quelle:wikipedia)

Auch Russland

... verfügt über mehrere Startplätze für Weltraumflüge. Hier und auch in China werden sie Kosmodrom genannt. Das bekannteste Kosmodrom ist Baikonur in Kasachstan, von wo der erste Satellit Sputnik und auch der Raumfahrer Juri Gagarin zum allerersten bemannten Besuch des Alls startete. Von hier aus fliegen auch die Sojusraketen los, um Versorgungsgüter zur Internationalen Raumstation zu bringen.

Das Problem der russischen Startplätze besteht darin, dass sie sich nicht am Äquator befinden, sondern auf höheren Breitengraden (von 42 bis 65 Grad nördl. Breite). Dadurch haben russische Raketen einen höheren Treibstoffbedarf.

Weitere Nationen mit Weltraumbahnhöfen

Weitere Weltraumbahnhöfe betreiben die Länder Brasilien, China, Indien, Israel, Kenia und Nordkorea. China besitzt gleich drei Kosmodrome. Zumeist werden von diesen Standorten Raketen gestartet, die Satelliten ins Weltall bringen. Bemannte Raumfahrt dagegen betreiben bisher nur wenige Staaten, weil sie sehr viel teurer und technisch anspruchsvoller ist als die unbemannte Raumfahrt. Die USA und Russland schicken schon seit vielen Jahren Menschen ins All, Indien und China haben erst vor kurzem damit begonnen.

Auch Südkorea ist nun mit dabei, am 10. Juni 2009 wurde der dortige Weltraumbahnhof Goheung eingeweiht. Ab Ende Juli können von hier aus Satelliten in den Erdorbit verbracht werden. Damit ist Südkorea das 10. Land, das aus eigener Kraft und von eigenem Territorium Weltraumraketen starten kann.

Private Weltraumbahnhöfe

Ab 2011 gibt es sogar den ersten privaten Weltraumbahnhof. Die Firma Virgin Galactic ließ in New Mexico einen Startplatz für Weltraumflüge bauen. Zunächst einmal werden suborbitale Flüge angeboten, bei denen die Passaagiere eine Flughöhe von ca. 100 km erleben können. Damit verlassen sie noch nicht die Atmosphäre der Erde, steigen aber wesentlich höher auf als normale Passagierflugzeuge, die in Höhen um die 10km fliegen.

Ein Swing-by-Manöver (manchmal wird es auch mit Fly-by, Slingshot oder Gravity-Assist bezeichnet) nutzt die Gravitationskraft von Planeten, um Raumsonden zu beschleunigen oder abzubremsen. Indem ein leichter Raumflugkörper nahe an einem im Vergleich dazu schweren Himmelskörper vorbeifliegt, nimmt er etwas Energie von ihm auf. Sowohl die Geschwindigkeit kann hierbei geändert werden als auch die Flugrichtung.

Kluge Missionsplaner lassen, um Treibstoff und damit Kosten zu sparen, ihre Raumsonden auf komplizierten Bahnen durch das All wandern. Sie schicken die Sonden nicht auf direktem Weg zu ihrem Ziel, sondern lassen sie nahe an verschiedenen Planeten vorbeifliegen, um so genügend Schwung für die lange Reise zu bekommen.

Das Swing-By-Manöver ist schon häufig erfolgreich in der Raumfahrt eingesetzt worden.

Reisen ins äußere Sonnensystem

Geht es von der Erde aus ins äußere Sonnensystem, müssen Raumsonden beschleunigt werden, damit sie die langen Strecken in möglichst kurzer Zeit bewältigen können.

Ein Beispiel dafür ist die Jupitersonde Galileo, die einmal Schwung an Venus und zweimal Schwung an der Erde holte.

Die Raumsonde Galileo flog nicht auf direktem Weg zu Jupiter, sondern vollführte eine komplizierte Schleifenbahn. Sie kam dabei mehrmals an der Erde vorbei und holte sich per Swing-By Schwung.

Mit jedem Mal wurde Galileo etwas schneller. So konnte der Treibstoffverbrauch klein gehalten werden, denn die nötige Energie für den Flug bekam die Sonde unterwegs von Erde und Venus. Sie benutzte die Planeten sozusagen als Tankstelle. Mehr zur Mission der Sonde Galileo zu Jupiter gibt es auf der Seite 'Jupitermissionen'.

Reisen ins Innere des Sonnensystems

Geht es von der Erde aus gesehen ins Innere des Sonnensystems, müssen Raumsonden abgebremst werden, da die Anziehungskraft der Sonne sie sonst immer schneller werden lässt. Allzu weite Strecken müssen ja nicht zurückgelegt werden, sodass keine hohen Geschwindigkeiten benötigt werden.

Wenn die Sonde aber am Zielobjekt ist, soll sie da verweilen und nicht daran vorbei sausen, also ist Bremsen notwendig. Auch beim Bremsen wird Treibstoff verbraucht, den man sich sparen kann, wenn man ein Swing-By-Manöver zum Bremsen benutzt.

Hier haben wir als Beispiel die Flugbahn der Merkursonde Messenger. Damit sie nicht an ihrem Ziel vorbeischießt, nutzte Messenger die Planeten Erde und Venus und selbst noch den Merkur zum Abbremsen. Messenger flog zweimal an der Venus und gar dreimal an Merkur vorbei, um Bewegungsenergie loszuwerden und zu bremsen.

So kommt diese merkwürdige Flugbahn zustande, die Messenger wie die Katze um den heißen Brei schleichen lässt. Hauptsache ist aber, sie erreicht am Ende ihr Ziel! Start von Messenger war 2004, ihre Ankunft bei Merkur war 2011.

Gerät ein kleiner Körper in die Nähe eines vielfach größeren und schwereren, so wird er von dessen Schwerkraft beeinflusst. Das gilt sowohl für Raumfahrzeuge als auch für Kleinkörper wie Asteroiden, Meteoriten, Kometen und noch kleinere Steinchen, auch Staubteilchen.

Je nach eigener Flugbahn kann dabei verschiedenes passieren:

Der Absturz

Kommt ein kleiner Himmelskörper, der durch unser Sonnensystem zieht, einem der Planeten zu nahe, gerät er in dessen Schwerkraftbereich. Das kann dazu führen, dass er vom Planeten (oder auch der Sonne) angezogen wird und seine ursprüngliche Bahn verlässt.

Kommt er dem großen Gegenspieler dabei zu nahe, kann es passieren, dass der kleine (Asteroid oder Komet) nicht mehr davonkommt und auf den Großen prallt.

Ein solches Vorkommnis konnte 1994 live am Kometen Shoemaker-Levy beobachtet werden. Der Komet geriet in den Schwerkrafteinfluss des Jupiter und wurde von dessen Gravitationskräften in viele kleine Stücke zerbrochen, die dann nacheinander in die Atmosphäre des Gasriesen eintauchten und verglühten.

So etwas wurde zum ersten Mal beobachtet und erregte auf der ganzen Erde große Aufmerksamkeit. Wenn man sich beispielsweise die Oberfläche des Mondes betrachtet und die vielen Einschlagskrater bemerkt, scheinen solche Abstürze doch recht häufig stattzufinden.

Die Beschleunigung

Ein großer Planet kann auf einen kleinen Körper, der nahe an ihm vorbeikommt, auch wie eine Schleuder wirken. Er beeinflusst ihn dahingehend, dass er seine Flugbahn verändert und ihm ein klein wenig vom eigenen Schwung mitgibt. Auf den Kleinkörper hat diese Energiezufuhr große Auswirkungen, denn er gewinnt deutlich an Geschwindigkeit.

Jupiter ist der größte der Planeten und besitzt auch das größte Gravitationsfeld. Das erstreckt sich weit ins Weltall hinaus und beeinflusst selbst den entfernten Saturn noch ein wenig. Jupiter ist die größte Schleuder, die wir haben.

Viele Objekte, die durch den Raum sausen und womöglich die Erde treffen könnten, werden durch Jupiter abgelenkt und wieder hinausgeschleudert in die äußeren Bereiche des Sonnensystems.

Wenn es Jupiter nicht gäbe, hätte wohl so manch großer Brocken aus dem All den Weg zur Erde gefunden und auf ihrer Oberfläche immense Schäden verursacht..

Die Abbremsung

Genauso wie etwas beschleunigt werden kann, ist auch eine Verringerung der Energie und der Geschwindigkeit möglich. Prinzipiell ist es der gleiche Vorgang:

Ein kleiner Körper kommt nahe an einem im Vergleich zu ihm sehr großen Körper vorbei, gerät in dessen Gravitationsfeld und erfährt sowohl eine Richtungsänderung als auch eine Geschwindigkeitsänderung. Nur dass diesmal die Bewegungsenergie vom kleinen an den großen abgegeben wird.

Das Geheimnis dahinter hat etwas mit der Bewegungsrichtung des Planeten zu tun. Jeder Planet bewegt sich ja um die Sonne, bleibt also nicht stehen und wartet auf die Raumsonde.

Nun kommt es darauf an, ob aus Sicht der Raumsonde oder eines anderen Kleinkörpers der Planet sich gerade auf sie zu bewegt oder von ihr weg. Im ersten Fall erfährt die Sonde eine Beschleunigung, im zweiten Fall eine Abbremsung.

Man kann sich das besser vorstellen, wenn man an die Sportart Tennis denkt: Der Ball kommt angeflogen. Bewege ich den Tennisschläger auf ihn zu und haue dran, dann bekommt der Ball mehr Energie und wird schneller, er ändert die Flugrichtung und fliegt zurück auf das andere Spielfeld.

Der Ball kommt angeflogen. Bewege ich den Tennisschläger leicht nach hinten, und der Ball prallt an ihm ab, verliert dieser einen Teil seiner Bewegungsenergie und wird langsamer. Er ändert seine Flugrichtung und fällt in einem solchen Fall meist nach unten auf den Boden (hier spielt wiederum die Erdanziehungskraft mit hinein, die wir jetzt nicht weiter beachten).

Das Einschwenken in eine Umlaufbahn

Es ist auch möglich, dass ein kleiner Körper von einem größeren eingefangen wird. Dabei wird die Flugbahn des Kleinen so verändert, dass er von nun an den Großen umkreist und nicht mehr von ihm wegkommt. Auf diese Weise haben vermutlich die großen Gasplaneten ihre zahlreichen Monde eingesammelt.

Sind Raumsonden an ihrem Ziel angekommen, schwenken auch sie in eine Umlaufbahn um diesen Planeten oder Asteroiden ein. Auf diese Weise bleiben sie länger vor Ort, um Beobachtungen vorzunehmen und können zudem den Planeten von allen Seiten untersuchen.

Was mit einem kleinen Asteroiden oder Kometen passieren wird, wenn er einem großen Planeten zu nahe kommt, hängt von vielen Faktoren und Zufällen ab:

Wie nahe kommt er ihm?
Wie bewegen sich beide zueinander?
Mit welcher Geschwindigkeit kommt er an?
In welchem Winkel nähert er sich dem Planeten?

Wird eine Raumsonde ausgeschickt, um ein Swing-By-Manöver an einem Planeten auszuführen, wird natürlich nichts dem Zufall überlassen. Die nötige Flugbahn für den gewünschten Effekt wird schon lange im Voraus berechnet und geplant und muss dann auch exakt eingehalten werden. Angewendet wurden inzwischen alle vier Varianten der Annäherung einer Raumsonde an einen Planeten:

Die Beschleunigung bei Missionen in die äußeren Bereiche des Sonnensystems (als Beispiele Voyager, Galileo, Cassini..)
Die Abbremsung bei Reisen zu Merkur (zum Beispiel Mariner 10 und Messenger)
Das Einschwenken in eine Umlaufbahn (bei Galileo um den Jupiter, Cassini um Saturn ..)
Der gezielte Absturz einer Sonde nach Missionsende (als Beispiel Galileo auf Jupiter und SMART auf den Mond)

Das erste Swing-By-Manöver wurde 1970 von Apollo 13 durchgeführt, aber eher unfreiwillig. Das Raumschiff war mit 3 Astronauten besetzt, die gerade zum Mond fliegen wollten. Unterwegs explodierte ein Sauerstofftank, sodass die drei so schnell wie möglich zur Erde zurückkehren mussten, ehe ihnen die Luft zum Atmen ausgeht. Anstatt (wie ursprünglich geplant) auf dem Mond zu landen, umrundeten sie ihn und nutzten seine Schwerkraft, um ihr Raumschiff Richtung Erde zu beschleunigen. Sie schafften es glücklicherweise rechtzeitig, lebend nach Hause zurückzukommen.

Mariner 10 nutzte 1973 die Schwerkraft der Venus, um abzubremsen. Sie flog zum Merkur ins Innere des Sonnensystems. Dabei besteht immer das Problem, dass die Anziehungskraft der Sonne so stark wirkt, dass Raumsonden wie von selbst beschleunigen. Deshalb muss unterwegs abgebremst werden, damit ein Ziel wie Merkur angeflogen werden kann.

In der umgekehrten Richtung nutzten Voyager 1 und 2 die Riesenplaneten Jupiter und Saturn als 'Sprungbretter', um ihre Reise in die äußeren Bereiche des Sonnensystems fortsetzen zu können. Voyager 2 beschleunigte an Jupiter und Saturn mit der Swing-By-Methode und konnte so Neptun innerhalb von 12 Jahren erreichen. Ohne zusätzlichen Schwung hätte die Reise doppelt so lange gedauert!

Heutzutage werden Swing-By-Manöver bei fast allen Raumfahrtmissionen eingesetzt.