Stufenrakete
Als Stufenrakete bezeichnet man übereinander montierte chemische Raketen abnehmender Größe, bei denen durch Abwurf der jeweils leergebrannten Stufe(n) die nutzbare Energie optimiert wird.
Die meisten der in der Raumfahrt eingesetzten Stufenraketen besitzen 3 Stufen, es gibt aber auch 2- und 4-stufige Systeme. Jede Raketenstufe besitzt ihre eigene Steuerung (Systeme von Kreiseln und anderen Sensoren) und wird meist durch eine kleine Sprengladung von ihrer Unterstufe abgetrennt, bevor sie zündet.
Die Endgeschwindigkeit setzt sich aus den von jeder Stufe einzeln erreichten Geschwindigkeiten zusammen, wenn man von der negativen Beschleunigung durch das Erdschwerefeld absieht:
wobei z.B. c1 die Ausström-Geschwindigkeit der Gase aus dem Triebwerk der 1.Stufe ist (einige km pro Sekunde), und ln m für den Logarithmus des jeweiligen Massenverhältnisses von Startgewicht zu Leergewicht steht.
Dabei ist zu beachten, dass m1 als "Leergewicht" auch die 2. und 3. Stufe zu tragen hat usw., jedoch m3 nur mehr die echte Nutzlast - den bzw. die Satelliten.
Das Leergewicht wird nicht nur von der Raketenhülle bestimmt (die aus Gründen der Stabilität nicht zu dünn sein darf), sondern auch von der Lavaldüse und den Treibstoff-Pumpen und Hilfsaggregaten. Bei günstig gebauten Raketen liegt es über 5, sodass Triebwerke mit Düsengeschwindigkeiten um c = 3 km/s etwa 5 km/s erreichen (3· ln 5 = 4.8 km/s).
De facto verringert aber die Schwerkraft den Schub der Raketenstufen deutlich (um etwa 2 km/s bei 3 Minuten Brenndauer), sodass erst eine Rakete mit drei Stufen die Erdumlaufbahn erreichen kann (mind. 8 km/s).
Siehe auch: Booster, Raketengrundgleichung