Weltraumforschung

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Einleitung

Weltraumforschung, Wissenschaft und Technik, die sich mit der Erforschung des Weltraumes beschäftigt.

Als Wissenschaft ist die Weltraumforschung interdisziplinär angelegt, da sie auf Erkenntnisse aus beispielsweise Mathematik, Physik, Astronomie, Chemie, Biologie, Medizin, Elektronik und Meteorologie zurückgreift. Wichtige technische Instrumente der Weltraumforschung sind die bemannte sowie die unbemannte Raumfahrt.

Verschiedene Raumfahrtunternehmungen lieferten zahlreiche wissenschaftliche Daten und Erkenntnisse über das Wesen und den Ursprung des Sonnensystems und des Universums (siehe Kosmologie). Satelliten in der Erdumlaufbahn haben sowohl militärische als auch zivile Aufgaben. Besonders bei den Satelliten der ersten Generation handelte es sich meist um Instrumente, die zu nachrichtendienstlichen Zwecken genutzt wurden (siehe Spionagesatelliten). Zunehmend sind aber auch Satelliten in einer Erdumlaufbahn, die beispielsweise Forschungszwecken oder zur Förderung der Telekommunikation dienen (siehe Kommunikationssatellit; Satellitenfernsehen). Wettersatelliten ermöglichen Wettervorhersagen und sind für die Klimaforschung unentbehrliche Hilfsmittel. Satelliten sind außerdem nützliche Navigationshilfen (z. B. Global Positioning System; siehe auch weiter unten) und erleichtern beispielsweise das Auffinden von Bodenschätzen.

Das Weltraumzeitalter und die praktische Raumfahrt begannen mit dem Start von Sputnik 1 durch die damalige Sowjetunion im Oktober 1957. Der erste amerikanische Satellit, Explorer 1, startete im Januar 1958. Im Oktober 1958 wurde die NASA (National Aeronautics and Space Administration; US-Bundesbehörde für Luft- und Raumfahrt) gegründet. Am 14. Juni 1962 unterzeichneten Belgien, Frankreich, Deutschland, Italien, die Niederlande, Dänemark, Schweden, Spanien, die Schweiz und Großbritannien ein Abkommen über eine europäische Zusammenarbeit in der Raumfahrt. Im Mai 1968 startete diese Gemeinschaft ihre ersten geostationären Satelliten. Aus dieser Gemeinschaft entstand 1975 die Europäische Weltraumorganisation ESA (European Space Agency). In der Zwischen- und Folgezeit flogen mehr als 2 000 Raumflugkörper ins All. Die meisten davon wurden auf eine Erdumlaufbahn gebracht. Zwölf Astronauten betraten die Mondoberfläche und kehrten nach den Mondexpeditionen wieder zur Erde zurück. 1986 umkreisten mehrere tausend Raumfahrtobjekte die Erde – zumeist verbrauchte letzte Stufen von Trägerraketen und nicht mehr aktive Raumfahrzeuge.

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Die Physik des Weltraumes

Der Übergang zwischen der Erdatmosphäre und dem Weltraum ist eher fließend. Die Luft in der oberen Atmosphäreschicht ist sehr dünn, da die Dichte der Luft mit der Höhe allmählich abnimmt. 30 Kilometer über dem Meeresspiegel beträgt der barometrische Druck nur ¹/₈₀ des Druckes, der auf Höhe des Meeresspiegels herrscht. In 60 Kilometer Höhe beträgt er ¹/_3 600 und in 90 Kilometer Höhe ¹/_400 000. Selbst in einer Höhe von 200 Kilometern verbleibt noch ausreichend Restatmosphäre, um künstliche Satelliten durch den aerodynamischen Luftwiderstand abzubremsen. Deshalb müssen Langzeitsatelliten eine höhere Umlaufbahn haben.

2.1

Strahlung im Weltraum

Mit normalen Maßstäben gemessen ist der Weltraum ein Vakuum. Jedoch enthält er u. a. geringe Mengen an Gasen (z. B. Wasserstoff) und anderer Materie (z. B. interstellare Materie). Der Weltraum wird beispielsweise von Röntgenstrahlen, ultravioletter Strahlung, sichtbarem Licht und von Infrarotstrahlen durchzogen, die von der Sonne und zum Teil von Sternen aus dem interstellaren Raum stammen. Des Weiteren gibt es kosmische Strahlen, die hauptsächlich aus Protonen, Alphateilchen und schweren Kernen bestehen.

Siehe auch Astronomie

2.2

Gravitation

Das universelle Gravitationsgesetz sagt aus, dass jedes Materieteilchen im Universum jedes andere Teilchen mit einer Kraft anzieht, die direkt proportional zu den Produkten aus ihren Massen und umgekehrt proportional zum Quadrat des räumlichen Abstandes zwischen ihnen ist. Folglich nimmt die Gravitationskraft, die von der Erde auf alle Körper wirkt, mit dem Abstand von der Erde ab. Theoretisch betrachtet reicht das Gravitationsfeld bis ins Unendliche, d. h., die Gravitation hört nicht einfach irgendwo auf. Objekte in einem Raumfahrzeug, das sich auf einer Umlaufbahn um die Erde (oder um einen beliebigen anderen Himmelskörper) bewegt, sind gewissermaßen gewichtslos. Sie unterliegen nicht den normalen Wirkungen der Schwerkraft.

Aerodynamische Kräfte, die z. B. auf die Tragflächen eines Flugzeugs wirken, halten es, der Schwerkraft entgegenwirkend, in der gewählten Flughöhe. Bei einem Raumflugkörper ist das nicht möglich. Deshalb muss ein Raumfahrzeug auf eine entsprechende Umlaufbahn gebracht werden, damit es im Weltraum verbleibt. Flugzeuge fliegen in der Erdatmosphäre. Bei ihnen macht man sich z. B. Propeller oder Tragflächen für den An- und Auftrieb und bei Flugmanövern zunutze. Ein Raumflugkörper ist, was Antrieb und Manövrierfähigkeit betrifft, von der Rückstoßkraft seiner Raketentriebwerke abhängig. Wenn das Triebwerk in Aktion ist, verleiht die Rückstoßkraft dem Raumfahrzeug einen Impuls in die entgegengesetzte Richtung.