Raumfahrttechnik
Das Engineering des Unmöglichen – Systeme, die in der feindlichsten vorstellbaren Umgebung einwandfrei funktionieren müssen.
Raketenantrieb
Raketen funktionieren nach Newtons drittem Gesetz: Masse nach hinten auszustoßen treibt das Fahrzeug vorwärts. Chemische Raketen verbrennen Treibstoff (flüssiger Wasserstoff/Sauerstoff, Kerosin/Sauerstoff oder Feststoffe) zur Erzeugung von heißem Abgasstrahl. SpaceXs Merlin-Triebwerk verbrennt RP-1 und LOX und erzeugt 845 kN Schub.
Wiederverwendbare Raketen
Jahrzehntelang wurden Raketen nach einmaliger Verwendung weggeworfen. SpaceX änderte dies mit der Falcon 9, deren Erststufe nach dem Start vertikal landet. Ein einzelner Falcon-9-Booster wurde über 20-mal wiederverwendet. Die Wiederverwendbarkeit senkte Startkosten von 10.000–50.000 $/kg auf rund 2.700 $/kg. Starship zielt auf Kosten unter 100 $/kg.
Satelliten und GPS
Es gibt über 8.000 aktive Satelliten in der Umlaufbahn. GPS nutzt eine Konstellation von 31 Satelliten; Ihr Telefon berechnet seine Position durch Messung der Zeitverzögerung von mindestens 4 Satelliten. GPS ist auf 3–5 Meter genau. Satelliten-Internet (Starlink: 6.000+ Satelliten) bietet Breitband überall auf der Erde.
Die Herausforderungen des Weltraums
Der Weltraum ist außerordentlich feindlich: Vakuum, extreme Temperaturschwankungen (−150°C bis +120°C), Strahlung, Mikrometeoriten und keine Möglichkeit, Hardware nach dem Start zu reparieren. Elektronik muss strahlungsgehärtet sein. Thermisches Management ist ohne Konvektion im Vakuum komplex. Alles muss erschöpfend getestet werden, da es selten eine zweite Chance gibt.
Nuklearstrom im Weltraum
Solarpanele verlieren weit von der Sonne entfernt an Effizienz. Plutonium-238-Radionuklidbatterien (RTGs) versorgen Tiefraum-Sonden, indem sie Wärme aus radioaktivem Zerfall direkt in Strom umwandeln – ohne bewegliche Teile. NASA hat RTGs in Voyager, Cassini, New Horizons und den Mars-Rovern eingesetzt. Nuklearspaltungsreaktoren im Weltraum werden für zukünftige bemannte Mars-Missionen entwickelt.
James Webb Weltraumteleskop
JWST, am ersten Weihnachtstag 2021 gestartet, ist das leistungsstärkste je gebaute Weltraumteleskop. Sein 6,5-Meter-Spiegel aus 18 vergoldeten Segmenten entfaltete sich über zwei Wochen im Weltraum. Es beobachtet im Infrarot und sieht durch Staubwolken, die für Hubble unsichtbar sind. Es befindet sich 1,5 Millionen km von der Erde entfernt am L2-Lagrangepunkt – jenseits jeder Reparatur.