Dampfdruckrakete

Eine Wasserrakete funktioniert, wie jede andere Rakete auch, nach dem Rückstoß-Prinzip.

Der Antrieb erfolgt durch einen Wasserstrahl, der unter Druck durch eine Düse gepresst wird und mit einem entgegengesetzten Impuls die Rakete verlässt. Je nach Art der Erzeugung dieses Drucks unterscheidet man Kaltwasserraketen und Heißwasserraketen; letztere werden auch als Dampfdruckraketen bezeichnet. Beiden gemeinsam ist, dass die Antriebsenergie in physikalischer Form mitgeführt wird und nicht wie bei den meisten Raketen als chemische Energie.

Kaltwasserraketen werden in einfacher Form auch als Spielzeug angeboten und können der Demonstration des Raketenprinzips dienen. Heißwasserraketen sind hingegen auch Gegenstand ernsthafterer Forschung und Entwicklung.

Kaltwasserrakete

Eine einfache Kaltwasserrakete

Eine Kaltwasserrakete ist eine Wasserrakete, bei welcher der teilweise mit Wasser gefüllte Raketenkörper mit Hilfe der darüber befindlichen zuvor verdichteten Luft angetrieben wird. Beim Öffnen des Ventils der Düse tritt das Wasser mithilfe der Druckluft aus dem Raketenkörper mit hoher Geschwindigkeit aus und beschleunigt diesen durch seinen Rückstoß.

Kaltwasserraketen werden aufgrund ihrer relativ geringen Leistungsfähigkeit nur als Spielzeug oder als Demonstrationsmodell zur Veranschaulichung des Rückstoßantriebs verwendet.

Wichtig beim Antrieb der Kaltwasserrakete ist das Verhältnis von verdichteter Luft zu Wasser. Die größte Gipfelhöhe erreicht man bei einem Wasser/Luft-Volumenverhältnis von 2 : 3.

Als Spielzeug erhältliche Wasserraketen werden mit einer Fahrradluftpumpe aufgepumpt und können eine Höhe von einigen Dutzend Metern erreichen.

Als Körper zum Selbstbau von Kaltwasserraketen eignen sich PET-Getränkeflaschen. Diese halten teilweise über 8 bar (Einweg-PET-Flaschen) oder sogar bis zu 42 bar (Mehrweg-PET-Flaschen) Überdruck aus. Dabei werden Höhen von über 100 m erreicht.

Die Rückkehr solcher Raketen aus Einweg-PET-Flaschen ist auch ohne Fallschirm weitgehend gefahrlos, sofern keine massiven Nutzlasten transportiert werden. Da die Schubkraft und die Beschleunigung beim Start erheblich sind, bleibt der Umgang dennoch gefährlich, z.B., wenn die startende Rakete Personen trifft: eine Einweg-PET-Flasche entwickelt ohne aufgeschraubte, verengende Düse bei 6 bar 213 Newton Schub und je nach Nutzlast somit eine Startbeschleunigung vom über 15fachen der Erdbeschleunigung, die nach wenigen Metern sogar noch stark zunimmt.

Es existiert eine weltweite Gemeinde von Freunden der Kaltwasserrakete, wozu zweifellos die weltweite Verbreitung der PET-Flaschen beigetragen hat.

Heißwasserrakete

Eine Heißwasserrakete (auch Dampfdruckrakete) bezeichnet eine Wasserrakete, bei der mit Hilfe einer meistens elektrischen Heizung das im Raketenkörper befindliche Wasser auf hohe Temperatur (etwa 250-500 °C) erhitzt wird. Das auf Grund des Drucks im geschlossenen Wassertank flüssig bleibende Wasser (siehe Dampfdrucktabelle) wird zum Starten durch die hierzu mit einem Ventil freigegebene Schubdüse ausgelassen, verdampft dabei in dieser und tritt unter hoher Geschwindigkeit aus der Düse aus. Durch den Rückstoß wird die Rakete entgegen der Ausströmrichtung beschleunigt.
Der Wassertank von Wasserraketen muss hohem Druck und hoher Temperatur standhalten können.

Heißwasserraketen werden gelegentlich als Starthilfsraketen und für Experimentierzwecke verwendet. Sie sind den Kaltwasserraketen überlegen, da die ausgestoßene Masse selbst die Energie enthält und die Schubkraft bis zum "Brennschluss" nahezu konstant bleibt.
Die Leistungsfähigkeit von Raketen mit festen und flüssigen Brennstoffen ist jedoch weitaus höher.

Bauanleitung

Man kann sich eine Wasserrakete selbst bauen, indem man sich eine handelsübliche Kupplung für Gartenschläuche und ihr Gegenstück, eine 1,5 l (dicke, Mehrweg) PET-Getränkeflasche, Winkel, ein Blitzventil und den Aufsatz (Autoventilaufsatz), einen Tennisball und eine Standpumpe besorgt. Man klebt den Tennisball mit einem geeigneten Kleber oben auf die Getränkeflasche, man kann z. B. Heißkleber verwenden. Dann muss man in den Deckel der Getränkeflasche ein Loch fräsen, wodurch die erste Ebene das herausragende Stück der Schaluchkupplung passt. Man kürzt das herausragende Stück und macht den Durchmesser kleiner, sodass es von innen in den Deckel passt. Man tut in die Schlauchkupplung, die hauptsächlich orange ist, die Mutter des Blitzventils rein und lässt das Blitzventil hinnein fallen. Von unten schraubt man das Autogegenstück dran. Zwischen Auto- und Blitzventil braucht man einen Dichtungsring oder ähnliches. Zwischen dem unteren Ring und der Hauptgardenakupplung klemmt man die Winkel. Nun muss man die Flasche zu einem Drittel befüllen, auf das Gegenstück stecken, unten die Pumpe anschließen, Luft reinpumpen und schließlich die Rakete zünden. Man kann auch noch Flossen aus Tetrapacks mit Heißkleber an die Rakete kleben.

Weblinks

• Prinzipien des Wasserraketenfluges - Theoretische Betrachtung (PDF) (Kaltwasserraketen)
• AQUARIUS Heißwasserraketen-Projekte