{"id":18847,"date":"2026-08-21T08:57:20","date_gmt":"2026-08-21T06:57:20","guid":{"rendered":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/?p=18847"},"modified":"2026-08-21T08:57:50","modified_gmt":"2026-08-21T06:57:50","slug":"raumfahrtgrundlagen-fuer-dummys-die-raketengrundgleichung-2","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/2026\/08\/21\/raumfahrtgrundlagen-fuer-dummys-die-raketengrundgleichung-2\/","title":{"rendered":"Raumfahrtgrundlagen f&uuml;r Dummys \u2013 Die Raketengrundgleichung (2)"},"content":{"rendered":"<div class=\"pvc_clear\"><\/div>\n<p id=\"pvc_stats_18847\" class=\"pvc_stats all  \" data-element-id=\"18847\" style=\"\"><i class=\"pvc-stats-icon medium\" aria-hidden=\"true\"><svg aria-hidden=\"true\" focusable=\"false\" data-prefix=\"far\" data-icon=\"chart-bar\" role=\"img\" xmlns=\"http:\/\/www.w3.org\/2000\/svg\" viewBox=\"0 0 512 512\" class=\"svg-inline--fa fa-chart-bar fa-w-16 fa-2x\"><path fill=\"currentColor\" d=\"M396.8 352h22.4c6.4 0 12.8-6.4 12.8-12.8V108.8c0-6.4-6.4-12.8-12.8-12.8h-22.4c-6.4 0-12.8 6.4-12.8 12.8v230.4c0 6.4 6.4 12.8 12.8 12.8zm-192 0h22.4c6.4 0 12.8-6.4 12.8-12.8V140.8c0-6.4-6.4-12.8-12.8-12.8h-22.4c-6.4 0-12.8 6.4-12.8 12.8v198.4c0 6.4 6.4 12.8 12.8 12.8zm96 0h22.4c6.4 0 12.8-6.4 12.8-12.8V204.8c0-6.4-6.4-12.8-12.8-12.8h-22.4c-6.4 0-12.8 6.4-12.8 12.8v134.4c0 6.4 6.4 12.8 12.8 12.8zM496 400H48V80c0-8.84-7.16-16-16-16H16C7.16 64 0 71.16 0 80v336c0 17.67 14.33 32 32 32h464c8.84 0 16-7.16 16-16v-16c0-8.84-7.16-16-16-16zm-387.2-48h22.4c6.4 0 12.8-6.4 12.8-12.8v-70.4c0-6.4-6.4-12.8-12.8-12.8h-22.4c-6.4 0-12.8 6.4-12.8 12.8v70.4c0 6.4 6.4 12.8 12.8 12.8z\" class=\"\"><\/path><\/svg><\/i> <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"16\" height=\"16\" alt=\"Loading\" src=\"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/wp-content\/plugins\/page-views-count\/ajax-loader-2x.gif\" border=0 \/><\/p>\n<div class=\"pvc_clear\"><\/div>\n<p>Der heutige Grundlagenartikel f&uuml;r \u201eDummys\u201c (nicht ganz w&ouml;rtlich zu nehmen \u2013 echte Dummk&ouml;pfe steuern den Blog ohnehin nicht an, daf&uuml;r sind sie zu dumm \u2026) besch&auml;ftigt sich erneut mit der Raketengrundgleichung. Sie ist so fundamental und greift in alle Bereiche der Raketenkonstruktion hinein, dass man sie nicht in einem einzigen Blogartikel vollst&auml;ndig abhandeln kann. Im ersten Teil habe ich die Theorie erkl&auml;rt. In diesem Teil geht es um die Praxis, und ich m&ouml;chte sie so darstellen, wie ich sie mir selbst beigebracht habe \u2013 in den achtziger Jahren mit einem einfachen Taschenrechner, ohne Zugang zu Fachliteratur.<br \/>\n<!--more--><\/p>\n<p>Wenn man sich die Formel anschaut, kann man an mehreren Stellschrauben drehen:<\/p>\n<ul>\n<li>den spezifischen Impuls der Stufen<\/li>\n<li>die Anordnung der Stufen<\/li>\n<li>den Strukturfaktor<\/li>\n<li>das Masseverh&auml;ltnis der Stufen<\/li>\n<\/ul>\n<p>Der <strong>Strukturfaktor<\/strong> ist das Verh&auml;ltnis von Startmasse zu Leermasse einer Stufe. Das <strong>Masseverh&auml;ltnis<\/strong> dagegen beschreibt die Massen der Stufen zueinander. Und mit letzterem fange ich an. Und zwar in diesem Blog nur mit Praxisbeispielen. Ich fange mit einer Rakete mit LOX\/RP\u20111 als Treibstoff an. Die erste Stufe ist bei allen Raketen gleich: 108\u202ft Startmasse, 7\u202ft Leermasse (Strukturfaktor 18), spezifischer Impuls 3\u202f000\u202fm\/s. Auch die Zielgeschwindigkeit von 9\u202f400\u202fm\/s (typisch f&uuml;r Raketen dieses Typs) ist immer gleich. Die Nutzlastverkleidung soll 800\u202fkg wiegen und nach der ersten Stufe abgeworfen werden.<\/p>\n<p>Die zweite Stufe variiert. Was immer gilt: Strukturfaktor 12, Ausstr&ouml;mgeschwindigkeit 3\u202f200\u202fm\/s. Ich habe die zweite Stufe beginnend von 6\u202ft Masse in 6\u2011t\u2011Schritten erh&ouml;ht. Hier die Nutzlasten:<\/p>\n<table width=\"100%\" cellspacing=\"0\" cellpadding=\"4\">\n<tbody>\n<tr valign=\"top\">\n<td width=\"25%\">Zweite Stufe voll<\/td>\n<td width=\"26%\">Zweite Stufe leer<\/td>\n<td width=\"24%\">Nutzlast<\/td>\n<td width=\"25%\">Nutzlastanteil<\/td>\n<\/tr>\n<tr valign=\"top\">\n<td width=\"25%\">6.000 kg<\/td>\n<td width=\"26%\">500 kg<\/td>\n<td width=\"24%\">2.325<\/td>\n<td width=\"25%\">1,96<\/td>\n<\/tr>\n<tr valign=\"top\">\n<td width=\"25%\">12.000 kg<\/td>\n<td width=\"26%\">1.000 kg<\/td>\n<td width=\"24%\">2.869<\/td>\n<td width=\"25%\">2,29<\/td>\n<\/tr>\n<tr valign=\"top\">\n<td width=\"25%\">18.000 kg<\/td>\n<td width=\"26%\">1.500 kg<\/td>\n<td width=\"24%\">3.084<\/td>\n<td width=\"25%\">2,35<\/td>\n<\/tr>\n<tr valign=\"top\">\n<td width=\"25%\">24.000 kg<\/td>\n<td width=\"26%\">2.000 kg<\/td>\n<td width=\"24%\">3.157<\/td>\n<td width=\"25%\">2.30<\/td>\n<\/tr>\n<tr valign=\"top\">\n<td width=\"25%\">30.000 kg<\/td>\n<td width=\"26%\">2.500 kg<\/td>\n<td width=\"24%\">3.104<\/td>\n<td width=\"25%\">2.20<\/td>\n<\/tr>\n<tr valign=\"top\">\n<td width=\"25%\">36.000 kg<\/td>\n<td width=\"26%\">3.000 kg<\/td>\n<td width=\"24%\">3.024<\/td>\n<td width=\"25%\">1,95<\/td>\n<\/tr>\n<tr valign=\"top\">\n<td width=\"25%\">42.000 kg<\/td>\n<td width=\"26%\">3.500 kg<\/td>\n<td width=\"24%\">2.922<\/td>\n<td width=\"25%\">1,84<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n<p>Man sieht bei der Nutzlast absolut in Kilogramm, dass die Nutzlast zuerst stark zunimmt, dann immer langsamer. Bezieht man die Nutzlast auf die Gesamtmasse, so gibt es ein Optimum, ab dem der Nutzlastanteil wieder abnimmt. Es macht also keinen Sinn, besonders gro&szlig;e Oberstufen einzusetzen. Dieses Optimum ist aber vom spezifischen Impuls und in kleinerem Ma&szlig;e auch vom Strukturfaktor der Stufen abh&auml;ngig.<\/p>\n<p>Hier dieselbe Tabelle mit einer LOX\/LH\u2082\u2011Oberstufe mit Strukturfaktor 8:<\/p>\n<table width=\"100%\" cellspacing=\"0\" cellpadding=\"4\">\n<tbody>\n<tr valign=\"top\">\n<td width=\"25%\">Zweite Stufe voll<\/td>\n<td width=\"25%\">Zweite Stufe leer<\/td>\n<td width=\"25%\">Nutzlast<\/td>\n<td width=\"25%\">Nutzlastanteil<\/td>\n<\/tr>\n<tr valign=\"top\">\n<td width=\"25%\">8.000 kg<\/td>\n<td width=\"25%\">1.000 kg<\/td>\n<td width=\"25%\">3.812 kg<\/td>\n<td width=\"25%\">3,13 %<\/td>\n<\/tr>\n<tr valign=\"top\">\n<td width=\"25%\">16.000 kg<\/td>\n<td width=\"25%\">2.000 kg<\/td>\n<td width=\"25%\">5.083 kg<\/td>\n<td width=\"25%\">3,83 %<\/td>\n<\/tr>\n<tr valign=\"top\">\n<td width=\"25%\">24.000 kg<\/td>\n<td width=\"25%\">3.000 kg<\/td>\n<td width=\"25%\">5.660 kg<\/td>\n<td width=\"25%\">4,06 %<\/td>\n<\/tr>\n<tr valign=\"top\">\n<td width=\"25%\">32.000 kg<\/td>\n<td width=\"25%\">4.000 kg<\/td>\n<td width=\"25%\">6.043 kg<\/td>\n<td width=\"25%\">4,08 %<\/td>\n<\/tr>\n<tr valign=\"top\">\n<td width=\"25%\">40.000 kg<\/td>\n<td width=\"25%\">5.000 kg<\/td>\n<td width=\"25%\">6.313 kg<\/td>\n<td width=\"25%\">4,04 %<\/td>\n<\/tr>\n<tr valign=\"top\">\n<td width=\"25%\">48.000 kg<\/td>\n<td width=\"25%\">6.000 kg<\/td>\n<td width=\"25%\">6.440 kg<\/td>\n<td width=\"25%\">3,91 %<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n<p>Im Allgemeinen gilt: Je h&ouml;her der spezifische Impuls, bei desto h&ouml;herer Masse liegt das Optimum. Also bei LOX\/RP\u20111 bei 18\u202ft, bei LOX\/LH\u2082 bei 32\u202ft. Bei der LOX\/RP\u20111\u2011Stufe sehen wir auch, dass bei gro&szlig;en Stufen die Nutzlast wieder abnimmt. Der einfache Grund: Der Teiler Vollmasse Stufe\u202f1 \/ Brennschlussmasse sinkt deutlich ab, der Teiler Vollmasse Stufe\u202f2 \/ Brennschlussmasse steigt an. Ideal w&auml;re, wenn beide Teiler im selben Bereich liegen.<\/p>\n<p>F&uuml;r Stufen mit &auml;hnlichen spezifischen Impulsen (&auml;hnlichen Treibstoffen) gilt allgemein f&uuml;r das Optimum:<\/p>\n<p>Vollmasse Stufe\u202f1 \/ Vollmasse Stufe\u202f2 ~ Vollmasse Stufe\u202f2 \/ Nutzlast.<\/p>\n<p>Kleiner Trick f&uuml;r zweistufige Raketen:<\/p>\n<ul>\n<li>Bildet den Teiler Startmasse \/ Nutzlast = f<\/li>\n<li>Bildet f1 = Quadratwurzel(f)<\/li>\n<li>Oberstufe = (f1 \u2013 1) * Nutzlast<\/li>\n<li>Erststufe = (f1 + 1) * Oberstufe<\/li>\n<\/ul>\n<p>Wenn man ein Optimierungsprogramm auf die Aufgabe ansetzt, bekommt man folgende Ausgabe:<\/p>\n<table width=\"655\" cellspacing=\"1\" cellpadding=\"2\">\n<tbody>\n<tr>\n<th width=\"55\">Stufe<\/th>\n<th width=\"70\">Vollmasse<\/th>\n<th width=\"75\">Leermasse<\/th>\n<th width=\"116\">Geschwindigkeit<\/th>\n<th width=\"80\">spez. Impuls<\/th>\n<th width=\"105\">Strukturfaktor<\/th>\n<th width=\"116\">Stufenverh&auml;ltnis<\/th>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"55\">1<\/td>\n<td width=\"70\">108.000,0 kg<\/td>\n<td width=\"75\">6.000,0 kg<\/td>\n<td width=\"116\">4839 m\/s<\/td>\n<td width=\"80\">3.000 m\/s<\/td>\n<td width=\"105\">18<\/td>\n<td width=\"116\">7<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"55\">2<\/td>\n<td width=\"70\">15.512,8 kg<\/td>\n<td width=\"75\">1.292,7 kg<\/td>\n<td width=\"116\">4561 m\/s<\/td>\n<td width=\"80\">3.200 m\/s<\/td>\n<td width=\"105\">12<\/td>\n<td width=\"116\">4,8<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"55\">Gesamt:<\/td>\n<td width=\"70\">126.721,9 kg<\/td>\n<td width=\"75\">7.292,7 kg<\/td>\n<td width=\"116\">9.400 m\/s<\/td>\n<td width=\"80\"><\/td>\n<td width=\"105\"><\/td>\n<td width=\"116\"><\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"55\">Nutzlast:<\/td>\n<td width=\"70\">3.209,1 kg<\/td>\n<td width=\"75\">Prozent der Startmasse:<\/td>\n<td width=\"116\">2,5<\/td>\n<td width=\"80\">Verkleidung:<\/td>\n<td width=\"105\">662,0 kg<\/td>\n<td width=\"116\"><\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n<p>Diese Ausgabe gilt f&uuml;r die LOX\/RP\u20111\u2011Rakete. Der Unterschied in der Nutzlast liegt darin, dass in dieser Simulation die Nutzlasth&uuml;lle dynamisch berechnet wird. Bei einer zweistufigen Rakete hat die Nutzlasth&uuml;lle gro&szlig;en Einfluss auf die Nutzlast. Man sieht auch, dass in diesem Fall beide Stufen in etwa gleich viel zur Geschwindigkeit beitragen. Die erste Stufe tr&auml;gt wegen des h&ouml;heren Strukturfaktors etwas mehr zur Geschwindigkeit bei.<\/p>\n<p>F&uuml;r die LOX\/LH\u2082\u2011Rakete erh&auml;lt man:<\/p>\n<table width=\"655\" cellspacing=\"1\" cellpadding=\"2\">\n<tbody>\n<tr>\n<th width=\"55\">Stufe<\/th>\n<th width=\"70\">Vollmasse<\/th>\n<th width=\"75\">Leermasse<\/th>\n<th width=\"116\">Geschwindigkeit<\/th>\n<th width=\"80\">spez. Impuls<\/th>\n<th width=\"105\">Strukturfaktor<\/th>\n<th width=\"116\">Stufenverh&auml;ltnis<\/th>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"55\">1<\/td>\n<td width=\"70\">108.000,0 kg<\/td>\n<td width=\"75\">6.000,0 kg<\/td>\n<td width=\"116\">3636 m\/s<\/td>\n<td width=\"80\">3.000 m\/s<\/td>\n<td width=\"105\">18<\/td>\n<td width=\"116\">3,6<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"55\">2<\/td>\n<td width=\"70\">30.033,4 kg<\/td>\n<td width=\"75\">3.754,2 kg<\/td>\n<td width=\"116\">5764 m\/s<\/td>\n<td width=\"80\">4.400 m\/s<\/td>\n<td width=\"105\">8<\/td>\n<td width=\"116\">5<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"55\">Gesamt:<\/td>\n<td width=\"70\">143.990,5 kg<\/td>\n<td width=\"75\">9.754,2 kg<\/td>\n<td width=\"116\">9.400 m\/s<\/td>\n<td width=\"80\"><\/td>\n<td width=\"105\"><\/td>\n<td width=\"116\"><\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"55\">Nutzlast:<\/td>\n<td width=\"70\">5.957,2 kg<\/td>\n<td width=\"75\">Prozent der Startmasse:<\/td>\n<td width=\"116\">4,1<\/td>\n<td width=\"80\">Verkleidung:<\/td>\n<td width=\"105\">1223,6 kg<\/td>\n<td width=\"116\"><\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n<p>Ohne Erkl&auml;rung, aber relativ leicht nachzuvollziehen: Raketen m&uuml;ssen nach oben hin \u201ebesser werden\u201c. Sprich: Vor allem der spezifische Impuls muss mit jeder Stufe ansteigen. Wenn ich z.\u202fB. die erste Stufe als LOX\/LH\u2082\u2011Stufe konzipiere und die zweite Stufe als LOX\/RP\u20111\u2011Stufe, dann w&uuml;rde die LOX\/RP\u20111\u2011Stufe zwar in etwa die gleiche Beschleunigung wie die LOX\/LH\u2082\u2011Zweitstufe liefern, aber sie ist gr&ouml;&szlig;er und damit auch teurer. Es gilt bei gleicher Gr&ouml;&szlig;e: Feststofftriebwerke sind preiswerter als LOX\/RP-1, LOX\/RP-1 ist preiswerter als LOXC\/LH2.<\/p>\n<p>Man sieht bei der LOX\/LH\u2082\u2011Stufe auch, dass der spezifische Impuls weitaus wichtiger als der Strukturfaktor ist: Bei der LOX\/RP\u20111\u2011Stufe ist der Strukturfaktor um 50\u202f% besser, daf&uuml;r ist der spezifische Impuls um 37,5\u202f% geringer. Trotzdem ist die LH\u2082\u2011Stufe in der Nutzlast &uuml;berlegen.<\/p>\n<p>Wird die Geschwindigkeitsanforderung gr&ouml;&szlig;er, so sinkt die Nutzlast ab. Das kann man leicht aus der Raketengrundgleichung herauslesen. Die &Auml;nderung betrifft vor allem die letzte Stufe. Wenn ich bei der obigen LOX\/RP\u20111\u2011Rakete mit der optimalen Zweitstufe von 18\u202ft Masse die Nutzlast von 3\u202ft auf 1\u202ft reduzieren muss, weil ich eine h&ouml;here Geschwindigkeit brauche, dann sieht dies so aus:<\/p>\n<table width=\"100%\" cellspacing=\"0\" cellpadding=\"4\">\n<tbody>\n<tr valign=\"top\">\n<td width=\"33%\">(mit 500 kg Nutzlastverkleidung)<\/td>\n<td width=\"33%\">3000 kg Nutzlast<\/td>\n<td width=\"33%\">1000 kg<\/td>\n<\/tr>\n<tr valign=\"top\">\n<td width=\"33%\">Voll-\/Brennschlussmasse erste Stufe<\/td>\n<td width=\"33%\">4,71<\/td>\n<td width=\"33%\">5<\/td>\n<\/tr>\n<tr valign=\"top\">\n<td width=\"33%\">Brennschlussgeschwindigkeit erste Stufe<\/td>\n<td width=\"33%\">4648 m\/s<\/td>\n<td width=\"33%\">4828 m\/s<\/td>\n<\/tr>\n<tr valign=\"top\">\n<td width=\"33%\">Voll-\/Brennschlussmasse zweite Stufe<\/td>\n<td width=\"33%\">4,66<\/td>\n<td width=\"33%\">7,6<\/td>\n<\/tr>\n<tr valign=\"top\">\n<td width=\"33%\">Brennschlussgeschwindigkeit zweite Stufe<\/td>\n<td width=\"33%\">4929 m\/s<\/td>\n<td width=\"33%\">6490 m\/s<\/td>\n<\/tr>\n<tr valign=\"top\">\n<td width=\"33%\">Orbitmasse<\/td>\n<td width=\"33%\">4,5 t<\/td>\n<td width=\"33%\">2,5 t<\/td>\n<\/tr>\n<tr valign=\"top\">\n<td width=\"33%\">Anteil Nutzlast Orbitmasse<\/td>\n<td width=\"33%\">66 %<\/td>\n<td width=\"33%\">40 %<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n<p>Bei einer Startmasse von 126,5\u202ft und einer Brennschlussmasse von 24,5\u202ft bei Null Nutzlast der ersten Stufe machen 1\u202ft oder 3\u202ft Nutzlast keinen Unterschied. Bei 18\u202ft \/ 1,5\u202ft Masse der zweiten Stufe dagegen schon. Die Nutzlast nimmt daher bei h&ouml;heren Geschwindigkeiten schnell ab. Was noch dazu kommt: Die letzte Stufe erreicht immer einen Orbit. Die Masse der letzten Stufe geht immer von der Nutzlastmasse ab. Das ist auch ein Grund, warum jenseits eines Optimums die Nutzlast bei gro&szlig;en Oberstufen absinken kann. Im Allgemeinen gilt:<\/p>\n<p>Wenn ich 1 kg mehr Nutzlast haben will dann:<\/p>\n<ul>\n<li>muss ich die Trockenmasse der letzten Stufe um 1 kg erniedrigen<\/li>\n<li>muss ich die Trockenmasse der vorletzten Stufe um 3-5 kg erniedrigen<\/li>\n<li>muss ich die Trockenmasse der vorvorletzten Stufe um 10-15 kg erniedrigen<\/li>\n<\/ul>\n<p>Das resultiert letztendlich auch aus der Raketengrundgleichung. Die Schwankungsbreite ergibt sich aus den Verh&auml;ltnissen (Massen der Stufen, spezifische Impulse). So wird auch klar warum Feststoffbooster so beliebt sind, obwohl sie viel h&ouml;here Strukturfaktoren haben. Das schl&auml;gt bei den ersten Stufen kaum auf die Nutzlast durch.<\/p>\n<p>Man wird daher versuchen, Oberstufen so auszulegen, dass die Oberstufen am Optimum sind. Nicht immer geht das. Wenn man vorhandene Triebwerke nimmt, so begrenzt der Schub der Triebwerke die Masse der Oberstufe. So unterscheiden sich Ariane\u202f5 und Ariane\u202f6 kaum in den Massen der Booster und der Zentralstufe, aber der um 100\u202f% h&ouml;here Schub des Vinci\u2011Triebwerks lie&szlig; eine wesentlich schwerere Oberstufe zu. Ariane\u202f6 ist auch ein gutes Beispiel daf&uuml;r, wie man nach oben hin optimiert: Die Zentralstufe hat einen schlechteren Strukturfaktor als die Ariane\u202f5, aber die Oberstufe hat einen besseren Strukturfaktor, und mit der Einf&uuml;hrung von Verbundwerkstoffen f&uuml;r die Tanks der Oberstufe wird die Oberstufe noch leichter werden.<\/p>\n<p>Ein anderer Grund ist die Wiederverwendung. Dann muss bei den bisherigen Technologien die Stufe immer noch ein Bremsman&ouml;ver durchf&uuml;hren. Das Bremsman&ouml;ver kostet Treibstoff, und dabei muss die Stufe in etwa die Geschwindigkeit wieder abbauen, die die Stufe vorher aufgebaut hat. Je h&ouml;her die Brennschlussgeschwindigkeit der ersten Stufe ist, desto mehr Treibstoff braucht man. Bei der Falcon\u202f9 in der Gr&ouml;&szlig;enordnung der Erststufe, beim Starship noch deutlich mehr. Daher sind bei beiden Raketen die Oberstufen &uuml;berproportional schwer. Das verringert die abzubauende Geschwindigkeit.<\/p>\n<p>Beim Soll\u2011Starship (3\u202f600\u202ft \/ 1\u202f200\u202ft Stufenmasse, 200\u202ft \/ 100\u202ft Leermasse) w&auml;re die ideale Stufe viel kleiner:<\/p>\n<table width=\"663\" cellspacing=\"1\" cellpadding=\"2\">\n<tbody>\n<tr>\n<th width=\"55\">Stufe<\/th>\n<th width=\"78\">Vollmasse<\/th>\n<th width=\"75\">Leermasse<\/th>\n<th width=\"116\">Geschwindigkeit<\/th>\n<th width=\"80\">spez. Impuls<\/th>\n<th width=\"105\">Strukturfaktor<\/th>\n<th width=\"116\">Stufenverh&auml;ltnis<\/th>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"55\">1<\/td>\n<td width=\"78\">3.600.000,0 kg<\/td>\n<td width=\"75\">200.000,0 kg<\/td>\n<td width=\"116\">4916 m\/s<\/td>\n<td width=\"80\">3.430 m\/s<\/td>\n<td width=\"105\">18<\/td>\n<td width=\"116\">5,6<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"55\">2<\/td>\n<td width=\"78\">644.353,0 kg<\/td>\n<td width=\"75\">53.696,1 kg<\/td>\n<td width=\"116\">4444 m\/s<\/td>\n<td width=\"80\">3.550 m\/s<\/td>\n<td width=\"105\">12<\/td>\n<td width=\"116\">3,5<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"55\">Gesamt:<\/td>\n<td width=\"78\">4.427.197,2 kg<\/td>\n<td width=\"75\">253.696,1 kg<\/td>\n<td width=\"116\">9.360 m\/s<\/td>\n<td width=\"80\"><\/td>\n<td width=\"105\"><\/td>\n<td width=\"116\"><\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"55\">Nutzlast:<\/td>\n<td width=\"78\">182.844,3 kg<\/td>\n<td width=\"75\">Prozent der Startmasse:<\/td>\n<td width=\"116\">4,1<\/td>\n<td width=\"80\">Verkleidung:<\/td>\n<td width=\"105\">38028,3 kg<\/td>\n<td width=\"116\"><\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n<p>Die Tabelle ist so zu lesen: Eine herk&ouml;mmliche Rakete mit der Startmasse der Superheavy und einer Nutzlastverkleidung h&auml;tte den maximalen Nutzlastanteil bei einer 644\u202ft schweren Oberstufe und dann 182\u202ft Nutzlast. Obwohl das ideale Starship (also nach den vor IFT\u20111 publizierten Angaben) 600\u202ft schwerer ist, hat das ideale Starship eine um 82\u202ft kleinere Nutzlast.<\/p>\n<p>Noch gr&ouml;&szlig;er wird der Unterschied, wenn man das aktuelle V3\u2011Starship nimmt:<\/p>\n<table width=\"663\" cellspacing=\"1\" cellpadding=\"2\">\n<tbody>\n<tr>\n<th width=\"55\">Stufe<\/th>\n<th width=\"78\">Vollmasse<\/th>\n<th width=\"75\">Leermasse<\/th>\n<th width=\"116\">Geschwindigkeit<\/th>\n<th width=\"80\">spez. Impuls<\/th>\n<th width=\"105\">Strukturfaktor<\/th>\n<th width=\"116\">Stufenverh&auml;ltnis<\/th>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"55\">1<\/td>\n<td width=\"78\">3.600.000,0 kg<\/td>\n<td width=\"75\">200.000,0 kg<\/td>\n<td width=\"116\">5549 m\/s<\/td>\n<td width=\"80\">3.430 m\/s<\/td>\n<td width=\"105\">18<\/td>\n<td width=\"116\">7,9<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"55\">2<\/td>\n<td width=\"78\">453.343,4 kg<\/td>\n<td width=\"75\">52.714,3 kg<\/td>\n<td width=\"116\">3811 m\/s<\/td>\n<td width=\"80\">3.550 m\/s<\/td>\n<td width=\"105\">8,6<\/td>\n<td width=\"116\">2,9<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"55\">Gesamt:<\/td>\n<td width=\"78\">4.208.664,6 kg<\/td>\n<td width=\"75\">252.714,3 kg<\/td>\n<td width=\"116\">9.360 m\/s<\/td>\n<td width=\"80\"><\/td>\n<td width=\"105\"><\/td>\n<td width=\"116\"><\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"55\">Nutzlast:<\/td>\n<td width=\"78\">155.321,2 kg<\/td>\n<td width=\"75\">Prozent der Startmasse:<\/td>\n<td width=\"116\">3,7<\/td>\n<td width=\"80\">Verkleidung:<\/td>\n<td width=\"105\">32580,1 kg<\/td>\n<td width=\"116\"><\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n<p>Es hat einen noch schlechteren Strukturfaktor, weshalb die zweite Stufe noch kleiner sein sollte. Obwohl das reale Starship 1.500\u202ft schwerer ist, hat das reale Starship bei V3 wahrscheinlich eher eine Nutzlast von 55\u202ft, also 100\u202ft weniger. Wiederverwendung kostet in diesem Falle enorm viel Nutzlast \u2013 157\u202ft auf das Startgewicht hochgerechnet. Es ist &uuml;brigens derselbe Prozentsatz wie beim Space Shuttle. Nur 26\u202f% der Orbitmasse sind Nutzlast.<\/p>\n<p>Aus der Abnahme der Nutzlast kann man auch ableiten, dass es g&uuml;nstiger ist, mehr Stufen zu haben. Die Geschwindigkeits&auml;nderung verteilt sich auf mehr Stufen. Das gilt vor allem bei h&ouml;heren Geschwindigkeiten. Hier einige typische \u0394v zu einem LEO:<\/p>\n<ul>\n<li>GTO: 2\u202f500\u202fm\/s<\/li>\n<li>TDI: 3\u202f200\u202fm\/s<\/li>\n<li>GEO: 4\u202f000\u20134\u202f300\u202fm\/s<\/li>\n<li>Jupiter: 6\u202f400\u202fm\/s<\/li>\n<\/ul>\n<p>Schon zum GTO sinkt die Nutzlast von zweistufigen Raketen deutlich ab. Bei der Falcon\u202f9 z.\u202fB. nach Website\u2011Angaben um den Faktor 2,7. Bei der Vulcan Centaur ist es nur der Faktor 1,77. Die Vulcan Centaur profitiert von Boostern als \u201ehalber Stufe\u201c und einer Oberstufe mit viel h&ouml;herem spezifischen Impuls und g&uuml;nstigerem Stufenverh&auml;ltnis. De facto sollte man f&uuml;r GTO und Bahnen mit noch mehr Energie drei Stufen haben. Jupiter wird man kaum mit drei Stufen erreichen.<\/p>\n<p>Eine Absch&auml;tzung f&uuml;r die ben&ouml;tigte Stufenzahl ist folgende:<\/p>\n<p>Bilde den mittleren spezifischen Impuls der einzusetzenden Stufen (Ausstr&ouml;mgeschwindigkeit addieren und durch Anzahl der Stufen teilen). Teile die Zielgeschwindigkeit mit Zuschlag von Aufstiegsverlusten durch den spezifischen Impuls. Die Vorkommastelle des Teilers ist dann die Stufenzahl.<\/p>\n<p>Bei der Falcon\u202f9 sieht das so aus:<\/p>\n<ul>\n<li>Zielgeschwindigkeit: 9\u202f440\u202fm\/s LEO<\/li>\n<li>Spezifische Impulse: 3\u202f051\u202fm\/s und 3\u202f340\u202fm\/s \u2192 Mittel 3\u202f195\u202fm\/s<\/li>\n<li>9\u202f440\u202fm\/s \/\u202f3\u202f195\u202fm\/s =\u202f2,95<\/li>\n<\/ul>\n<p>Also man sieht schon: Zwei Stufen kommen noch gerade so heraus, drei Stufen w&auml;ren eigentlich besser. Bei GTO braucht man in jedem Fall drei Stufen \u2013 weshalb hier die Nutzlast auch drastisch absinkt. Zum Mars w&auml;ren dann vier Stufen n&ouml;tig. Dorthin bef&ouml;rdert die Falcon\u202f9 nur noch 4\u202ft. Die Vulcan Centaur, die eine 22\u202f% h&ouml;here LEO\u2011Nutzlast hat, dagegen 8,5\u202ft. Noch weniger Nutzlast verliert die Ariane\u202f6: Ihre LEO\u2011Nutzlast ist mit 21,6\u202ft sogar geringer als die der Falcon\u202f9 (die Ariane\u202f6 ist auf GTO\u2011Transporte optimiert), aber die Ariane\u202f6 transportiert 7,6\u202ft zum Mars. Die Ariane\u202f6 hat \u201eechte\u201c drei Stufen.<\/p>\n<p>Das Stichwort \u201eoptimiert\u201c sollte ich noch erkl&auml;ren. Alle Ariane\u2011Raketen seit Ariane\u202f1 sind f&uuml;r GTO\u2011Transporte ausgelegt. Im GTO ist die Nutzlast viel kleiner als im LEO. Also hat man die Raketen so ausgelegt, dass die Raketen ihre volle LEO\u2011Nutzlast gar nicht aussch&ouml;pfen k&ouml;nnen. Warum das? Nun, jedes Kilogramm, das die Nutzlast mehr wiegt, bedeutet eine Last. Die beim Aufstieg wirkende Gewichtskraft wird mit der Beschleunigung multipliziert und kann so die f&uuml;nffache Gewichtskraft ohne die Beschleunigung erreichen. Daneben vibriert die Nutzlast, und auch diese Kr&auml;fte steigen mit der Masse an. Die Oberstufe und in geringerem Ma&szlig;e auch die Unterstufe m&uuml;ssen diese Kr&auml;fte auffangen, und das addiert Gewicht.<\/p>\n<p>Warum also, wenn es fast keine Starts in den LEO gibt, die Rakete auf diese Nutzlast ausrichten? Das verringert durch die h&ouml;here Masse der Stufen nur die Nutzlast f&uuml;r die anderen Bahnen. Ariane\u202f1 war auf maximal 2,5\u202ft Masse ausgelegt (erreichte 4,5\u202ft in den LEO), und Ariane\u202f4 auf maximal 7\u202ft (Ariane\u202f44L h&auml;tte 9\u202ft in den LEO erreicht). Bei den Nachfolgemodellen, die ja auch die ISS anfliegen sollen, l&auml;sst man Treibstoff in der letzten Stufe weg, um das h&ouml;here Gewicht auszugleichen. Das kostet dann auch Nutzlast. Deswegen ist die LEO-Nutzlast der Ariane 6 rein rechnerisch kleiner als die Website-Angabe der Falcon 9, aber ihre GTO-Nutzlast deutlich h&ouml;her. (rein rechnerisch, weil wir alle wissen, das die Website angaben falsch sind)<br \/>\n<img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/vg04.met.vgwort.de\/na\/8e77783979404dbba8198b92a66dab38\" alt=\"\" width=\"1\" height=\"1\" \/><br \/>\nSoviel zur Raketengrundgleichung. Der n&auml;chste Artikel behandelt dann wieder ein anderes Thema, eine Zusatzstufe f&uuml;r das Starship, dazu wird es nicht kommen, w&auml;re ja ein Versto&szlig; gegen das Dogma Wiederverwendung. Aber wie ich aufzeigen werde, w&uuml;rde es sich lohnen.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<div class=\"pvc_clear\"><\/div>\n<p id=\"pvc_stats_18847\" class=\"pvc_stats all  \" data-element-id=\"18847\" style=\"\"><i class=\"pvc-stats-icon medium\" aria-hidden=\"true\"><svg aria-hidden=\"true\" focusable=\"false\" data-prefix=\"far\" data-icon=\"chart-bar\" role=\"img\" xmlns=\"http:\/\/www.w3.org\/2000\/svg\" viewBox=\"0 0 512 512\" class=\"svg-inline--fa fa-chart-bar fa-w-16 fa-2x\"><path fill=\"currentColor\" d=\"M396.8 352h22.4c6.4 0 12.8-6.4 12.8-12.8V108.8c0-6.4-6.4-12.8-12.8-12.8h-22.4c-6.4 0-12.8 6.4-12.8 12.8v230.4c0 6.4 6.4 12.8 12.8 12.8zm-192 0h22.4c6.4 0 12.8-6.4 12.8-12.8V140.8c0-6.4-6.4-12.8-12.8-12.8h-22.4c-6.4 0-12.8 6.4-12.8 12.8v198.4c0 6.4 6.4 12.8 12.8 12.8zm96 0h22.4c6.4 0 12.8-6.4 12.8-12.8V204.8c0-6.4-6.4-12.8-12.8-12.8h-22.4c-6.4 0-12.8 6.4-12.8 12.8v134.4c0 6.4 6.4 12.8 12.8 12.8zM496 400H48V80c0-8.84-7.16-16-16-16H16C7.16 64 0 71.16 0 80v336c0 17.67 14.33 32 32 32h464c8.84 0 16-7.16 16-16v-16c0-8.84-7.16-16-16-16zm-387.2-48h22.4c6.4 0 12.8-6.4 12.8-12.8v-70.4c0-6.4-6.4-12.8-12.8-12.8h-22.4c-6.4 0-12.8 6.4-12.8 12.8v70.4c0 6.4 6.4 12.8 12.8 12.8z\" class=\"\"><\/path><\/svg><\/i> <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"16\" height=\"16\" alt=\"Loading\" src=\"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/wp-content\/plugins\/page-views-count\/ajax-loader-2x.gif\" border=0 \/><\/p>\n<div class=\"pvc_clear\"><\/div>\n<p>Der heutige Grundlagenartikel f&uuml;r \u201eDummys\u201c (nicht ganz w&ouml;rtlich zu nehmen \u2013 echte Dummk&ouml;pfe steuern den Blog ohnehin nicht an, daf&uuml;r sind sie zu dumm \u2026) besch&auml;ftigt sich erneut mit der Raketengrundgleichung. 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Im [&hellip;]<\/p>\n","protected":false},"author":169,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_jetpack_newsletter_access":"","_jetpack_dont_email_post_to_subs":false,"_jetpack_newsletter_tier_id":0,"_jetpack_memberships_contains_paywalled_content":false,"_jetpack_memberships_contains_paid_content":false,"footnotes":""},"categories":[5414],"tags":[1144],"class_list":["post-18847","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-grundlagen","tag-raketengrundgleichung","entry"],"a3_pvc":{"activated":true,"total_views":240,"today_views":0},"jetpack-related-posts":[{"id":18841,"url":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/2026\/08\/19\/raumfahrtgrundlagen-fuer-dummys-die-raketengrundgleichung\/","url_meta":{"origin":18847,"position":0},"title":"Raumfahrtgrundlagen f&uuml;r Dummys \u2013 Die Raketengrundgleichung","author":"Bernd Leitenberger","date":"19.08.2026","format":false,"excerpt":"Im heutigen, zentralen Teil der Grundlagen geht es um die Raketengrundgleichung, nach dem ersten, der die Raketengrundgleichung aufstellte, auch \u201eZiolkowski\u2011Gleichung\u201c genannt. 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