Raketen-antriebe
Exoplaneten und die Suche nach Leben im Weltall
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Raketen - Der Schlüssel zu fernen Welten?
Exoplaneten sind Planeten bei anderen Sternen – unglaublich weit entfernt. Um sie zu erreichen und besser beforschen zu können, brauchen wir Raketenantriebe.
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Raketen - Der Schlüssel zu fernen Welten?
ABER die Entfernungen sind so groß, dass unsere heutigen Raketentechnologien für solche Reisen nicht ausreichen. In dieser Station stellen wir uns die Fragen:- Macht (bemannte) Raumfahrt dann überhaupt Sinn?
- Wie funktionieren Raketenantriebe?
- Welche innovativen Antriebsarten könnten oben genanntes Problem überwinden?
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Warum Raumfahrt?
Überlegt in der Gruppe, welche Gründe für oder gegen die (bemannte) Raumfahrt an sich sprechen. Sammelt diese auf der nächsten Seite.
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Warum Raumfahrt?
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Gründe für und gegen Raumfahrt
sehr hohe Kosten
Umweltbelastung bei Starts
Erfindung von Techno-logien für den Alltag
Risiko für Menschen bei bemannten Flügen
Forschungsdrang des Menschen
Unsicherheit bei der Rentabilität
internationale Zusammenarbeit
ethische Bedenken: Wichtigere Probleme?
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Es gibt also gute Gründe für die Raumfahrt!
Aktuell sind Raketen das Mittel innerhalb unseres Sonnensystems, um dortige Planeten für Erkundungen zu erreichen. Schauen wir uns auf der folgenden Folie daher zunächst den klassischen Aufbau einer Rakete an.
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Aufbau einer Rakete
Schiebe die Bezeichnungen rechts an die richtige Stelle nach links!
Pumpe und Ventil
Nutzlast, z.B. Instrumente
Düse
Brennkammer
flüssiger Sauerstoff
Brennstoff, z.B. Wasserstoff
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Funktionsweise von Raketen
Massenstrom
Ausströmgeschwindigkeit
Aber wieso funktionieren Raketen im Vakuum?
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Funktionsweise von Raketen
Die Funktionsweise geht auf das dritte Gesetz von Sir Isaac Newton zurück: Actio = Reactio: Wirkt ein Körper eine Kraft aus, so wirkt auf ihn eine gleich- große, entgegengesetzte Kraft.
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Funktionsweise von Raketen
Übertragen auf die Rakete bedeutet das: Eine Rakete erzeugt Schub, indem sie Treibstoff nach unten ausstößt.Durch die Gegenkraft (Actio = Reactio) dieses Ausstoßes wird die Rakete nach oben beschleunigt – auch im Vakuum, da sie sich nicht an Luft oder dem Boden abstützen muss.
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Funktionsweise von Raketen
Die Schubkraft einer Rakete ist wie folgt definiert:
Kraft
Ausströmgeschwindigkeit
Massenstrom
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Funktionsweise von Raketen
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Funktionsweise von Raketen
Damit die Rakete starten kann, muss die nach oben gerichtete Schubkraft die Gewichtskraft der Rakete übersteigen:
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Wasserrakete
Die Funktionsweise einer Rakete kann man auch im kleineren Maßstab mit Luft und ein wenig Wasser aufzeigen.
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Wende dich für den Versuch an eine Betreuungsperson!
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Lasst uns die Funktionsweise noch genauer betrachten!
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Funktionsweise von Raketen
Teile von Raketen werden abgeworfen, wenn ihr Treibstoff verbraucht ist, um unnötiges Gewicht loszuwerden. Dadurch kann die verbleibende Rakete schneller weiterfliegen, da sie leichter wird.
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Funktionsweise von Raketen
Diese abgeworfenen Teile fallen meist zurück zur Erde. Bei einmal verwendeten Raketen stürzen sie kontrolliert oder unkontrolliert ins Meer oder in bestimmte Gebiete. Bei wiederverwendbaren Raketen, wie der Falcon 9, können manchen Teile zurückkehren und landen, meist auf einer Plattform oder einem speziellen Landeplatz. Das senkt die Startkosten - setzt aber mehr Know-How voraus.
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Funktionsweise von Raketen
Ein Problem bleibt dennoch: Die extrem großen Entfernungen im Weltall: Auch in naher Zukunft, werden wir - wenn alles gut läuft - noch 21 Jahre bis zu benachbarten Sternen brauchen.Das ist ein K.O.-Kriterium für bemannte Missionen zu Exoplaneten.
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Moderne Antriebskonzepte - eine Lösung?
Noch Zeit?
Erfahrt mehr in der ZUSATZSTATION.
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Der Massenstrom
Der Massenstrom beschreibt, wie viel Masse pro Sekunde ausgestoßen wird. Es gibt also an, wie viel Treibstoff in einer bestimmten Zeit die Rakete verlässt.
Vakuum
Ein Vakuum ist ein Raum, in dem sich kaum oder gar keine Materie (z. B. Luft oder andere Teilchen) befindet. In der Physik spricht man von einem idealen Vakuum, wenn dieser Raum vollständig leer wäre – in der Realität bleibt jedoch immer eine geringe Anzahl von Teilchen zurück. Vakuum spielt eine wichtige Rolle in Technik und Forschung, etwa bei Teilchenbeschleunigern, Raumfahrt oder im Weltall, wo fast keine Luftmoleküle vorhanden sind und somit nahezu ein Vakuum herrscht.
Die Kraft F
Die Schubkraft F beschreibt die Kraft, mit der eine Rakete nach oben beschleunigt wird. Sie entsteht dadurch, dass Treibstoff nach unten ausgestoßen wird. Laut dem Dritten Newtonschen Gesetz von Isaac Newton wirkt zu jeder Kraft eine gleich große Gegenkraft. In diesem Fall hier die Schubkraft der Rakete.
Die Ausströmgeschwindigkeit
Die Ausströmgeschwindigkeit v ist die Geschwindigkeit, mit der der Treibstoff die Rakete verlässt. Sie gibt an, wie schnell die ausgestoßene Masse nach unten bewegt wird. Je größer diese Geschwindigkeit ist, desto größer ist der übertragene Impuls und damit die Schubkraft.
Die Gravitationskraft
Die Gravitationskraft beschreibt, wie stark ein Objekt 1 von einem anderen Objekt 2 angezogen wird. Auf der Erde geht man dabei automatisch davon aus, dass Objekt 2 die Erde ist. Deshalb hängt die Gravitationskraft auf der Erde nur noch von der Masse m von Objekt 1 und der Erdbeschleunigung g ab.
Die Ausströmgeschwindigkeit
Die Ausströmgeschwindigkeit v ist die Geschwindigkeit, mit der der Treibstoff die Rakete verlässt. Sie gibt an, wie schnell die ausgestoßene Masse nach unten bewegt wird. Je größer diese Geschwindigkeit ist, desto größer ist der übertragene Impuls und damit die Schubkraft.
Der Massenstrom
Der Massenstrom beschreibt, wie viel Masse pro Sekunde ausgestoßen wird. Es gibt also an, wie viel Treibstoff in einer bestimmten Zeit die Rakete verlässt.
Antriebstechnologien
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Created on August 13, 2025
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Raketen-antriebe
Exoplaneten und die Suche nach Leben im Weltall
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Exoplaneten sind Planeten bei anderen Sternen – unglaublich weit entfernt. Um sie zu erreichen und besser beforschen zu können, brauchen wir Raketenantriebe.
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Raketen - Der Schlüssel zu fernen Welten?
ABER die Entfernungen sind so groß, dass unsere heutigen Raketentechnologien für solche Reisen nicht ausreichen. In dieser Station stellen wir uns die Fragen:- Macht (bemannte) Raumfahrt dann überhaupt Sinn?
- Wie funktionieren Raketenantriebe?
- Welche innovativen Antriebsarten könnten oben genanntes Problem überwinden?
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Warum Raumfahrt?
Überlegt in der Gruppe, welche Gründe für oder gegen die (bemannte) Raumfahrt an sich sprechen. Sammelt diese auf der nächsten Seite.
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sehr hohe Kosten
Umweltbelastung bei Starts
Erfindung von Techno-logien für den Alltag
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Es gibt also gute Gründe für die Raumfahrt!
Aktuell sind Raketen das Mittel innerhalb unseres Sonnensystems, um dortige Planeten für Erkundungen zu erreichen. Schauen wir uns auf der folgenden Folie daher zunächst den klassischen Aufbau einer Rakete an.
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Aufbau einer Rakete
Schiebe die Bezeichnungen rechts an die richtige Stelle nach links!
Pumpe und Ventil
Nutzlast, z.B. Instrumente
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Brennkammer
flüssiger Sauerstoff
Brennstoff, z.B. Wasserstoff
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Funktionsweise von Raketen
Massenstrom
Ausströmgeschwindigkeit
Aber wieso funktionieren Raketen im Vakuum?
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Die Funktionsweise geht auf das dritte Gesetz von Sir Isaac Newton zurück: Actio = Reactio: Wirkt ein Körper eine Kraft aus, so wirkt auf ihn eine gleich- große, entgegengesetzte Kraft.
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Funktionsweise von Raketen
Übertragen auf die Rakete bedeutet das: Eine Rakete erzeugt Schub, indem sie Treibstoff nach unten ausstößt.Durch die Gegenkraft (Actio = Reactio) dieses Ausstoßes wird die Rakete nach oben beschleunigt – auch im Vakuum, da sie sich nicht an Luft oder dem Boden abstützen muss.
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Die Schubkraft einer Rakete ist wie folgt definiert:
Kraft
Ausströmgeschwindigkeit
Massenstrom
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Damit die Rakete starten kann, muss die nach oben gerichtete Schubkraft die Gewichtskraft der Rakete übersteigen:
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Die Funktionsweise einer Rakete kann man auch im kleineren Maßstab mit Luft und ein wenig Wasser aufzeigen.
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Funktionsweise von Raketen
Teile von Raketen werden abgeworfen, wenn ihr Treibstoff verbraucht ist, um unnötiges Gewicht loszuwerden. Dadurch kann die verbleibende Rakete schneller weiterfliegen, da sie leichter wird.
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Funktionsweise von Raketen
Diese abgeworfenen Teile fallen meist zurück zur Erde. Bei einmal verwendeten Raketen stürzen sie kontrolliert oder unkontrolliert ins Meer oder in bestimmte Gebiete. Bei wiederverwendbaren Raketen, wie der Falcon 9, können manchen Teile zurückkehren und landen, meist auf einer Plattform oder einem speziellen Landeplatz. Das senkt die Startkosten - setzt aber mehr Know-How voraus.
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Ein Problem bleibt dennoch: Die extrem großen Entfernungen im Weltall: Auch in naher Zukunft, werden wir - wenn alles gut läuft - noch 21 Jahre bis zu benachbarten Sternen brauchen.Das ist ein K.O.-Kriterium für bemannte Missionen zu Exoplaneten.
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Moderne Antriebskonzepte - eine Lösung?
Noch Zeit?
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Der Massenstrom
Der Massenstrom beschreibt, wie viel Masse pro Sekunde ausgestoßen wird. Es gibt also an, wie viel Treibstoff in einer bestimmten Zeit die Rakete verlässt.
Vakuum
Ein Vakuum ist ein Raum, in dem sich kaum oder gar keine Materie (z. B. Luft oder andere Teilchen) befindet. In der Physik spricht man von einem idealen Vakuum, wenn dieser Raum vollständig leer wäre – in der Realität bleibt jedoch immer eine geringe Anzahl von Teilchen zurück. Vakuum spielt eine wichtige Rolle in Technik und Forschung, etwa bei Teilchenbeschleunigern, Raumfahrt oder im Weltall, wo fast keine Luftmoleküle vorhanden sind und somit nahezu ein Vakuum herrscht.
Die Kraft F
Die Schubkraft F beschreibt die Kraft, mit der eine Rakete nach oben beschleunigt wird. Sie entsteht dadurch, dass Treibstoff nach unten ausgestoßen wird. Laut dem Dritten Newtonschen Gesetz von Isaac Newton wirkt zu jeder Kraft eine gleich große Gegenkraft. In diesem Fall hier die Schubkraft der Rakete.
Die Ausströmgeschwindigkeit
Die Ausströmgeschwindigkeit v ist die Geschwindigkeit, mit der der Treibstoff die Rakete verlässt. Sie gibt an, wie schnell die ausgestoßene Masse nach unten bewegt wird. Je größer diese Geschwindigkeit ist, desto größer ist der übertragene Impuls und damit die Schubkraft.
Die Gravitationskraft
Die Gravitationskraft beschreibt, wie stark ein Objekt 1 von einem anderen Objekt 2 angezogen wird. Auf der Erde geht man dabei automatisch davon aus, dass Objekt 2 die Erde ist. Deshalb hängt die Gravitationskraft auf der Erde nur noch von der Masse m von Objekt 1 und der Erdbeschleunigung g ab.
Die Ausströmgeschwindigkeit
Die Ausströmgeschwindigkeit v ist die Geschwindigkeit, mit der der Treibstoff die Rakete verlässt. Sie gibt an, wie schnell die ausgestoßene Masse nach unten bewegt wird. Je größer diese Geschwindigkeit ist, desto größer ist der übertragene Impuls und damit die Schubkraft.
Der Massenstrom
Der Massenstrom beschreibt, wie viel Masse pro Sekunde ausgestoßen wird. Es gibt also an, wie viel Treibstoff in einer bestimmten Zeit die Rakete verlässt.