Hoe een raket werkt

De eerste vloeibarebrandstofraket vloog tweeënhalve seconde en steeg ongeveer 12.5 m.

De motor werpt gas naar beneden, zoals de onderste pijl laat zien; het gas duwt de raket met een even grote kracht omhoog, zoals de bovenste pijl aangeeft. Er is geen lucht of grond nodig om tegen af te zetten.

Duw iets weg en het duwt terug

Ga op een skateboard staan en gooi een zware bal naar voren: je rolt naar achteren. Laat een opgeblazen ballon los en hij schiet weg terwijl lucht uit de opening stroomt. Beide laten Newtons derde wet zien: wanneer een voorwerp tegen een ander duwt, duwt dat tweede voorwerp even hard in de tegenovergestelde richting terug. Een raketmotor verbrandt brandstof om veel heet gas te maken en werpt dat met hoge snelheid uit de straalpijp. De raket duwt het gas achteruit en het gas duwt de raket vooruit.

Een veelgemaakte fout is denken dat het uitlaatgas lucht nodig heeft om tegen te duwen. Dat is niet zo. De duw ontstaat binnen de motor, tussen de raket en haar eigen gas. Daarom werken raketten zelfs beter in het vacuüm van de ruimte, waar geen lucht in de weg zit. De belangrijke grootheid is impuls: massa maal snelheid. Werpt de motor 1 kg gas uit met 3000 m/s, dan krijgt de raket 3000 kg·m/s impuls in de andere richting, ongeacht wat eromheen zit.

De raketvergelijking

In 1903 publiceerde de Russische leraar Konstantin Tsiolkovski een verhandeling over raketmotoren in de ruimte, met de vergelijking die raketontwerpers nog steeds gebruiken. Ze vertelt hoeveel een raket haar snelheid kan veranderen, Δv, uit twee getallen: de uitlaatsnelheid v_e en de massaverhouding, de beginmassa m₀ gedeeld door de eindmassa m_f na verbruik van de brandstof. Δv = v_e × ln(m₀ ÷ m_f). De logaritme is het slechte nieuws. Bij een uitlaatsnelheid van 3 km/s wint een raket met driekwart brandstof, massaverhouding 4, slechts 4.16 km/s. Zelfs met 90% brandstof, verhouding 10, wordt dat maar 6.91 km/s.

Een baan bereiken vraagt ongeveer 7.7 km/s zijwaartse snelheid, plus extra snelheid om tijdens de stijging zwaartekracht en lucht te overwinnen. Dat is meer dan één eenvoudige raket aankan. De oplossing is het gebruik van trappen. Een grote eerste trap tilt alles op en wordt afgeworpen zodra ze leeg is, zodat de zware tanks en motoren geen dood gewicht meer zijn. De tweede trap begint met een nieuwe, veel gunstigere massaverhouding. NASA's Saturn V voor Apollo had drie trappen: de eerste bracht de raket tot ongeveer 68 km, de tweede bijna in een baan en de derde voltooide dat en duwde het vaartuig daarna naar de maan.

AchtergrondOp 16 maart 1926 lanceerde Robert Goddard op een besneeuwde boerderij in Auburn, Massachusetts, de eerste raket op vloeibare brandstof ter wereld. Volgens de gemeente Auburn bereikte ze 41 feet, ongeveer 12.5 m, vloog ze tweeënhalve seconde en landde ze 184 feet, ongeveer 56 m, van het lanceerframe. Goddard had in 1919 ‘A Method of Reaching Extreme Altitudes’ gepubliceerd en werd bespot om zijn voorstel dat een raket de maan kon bereiken. De lanceerplek, tegenwoordig onderdeel van een golfbaan, is nu een National Historic Landmark.

Saturn V (NASA)	Waarde
Hoogte	111 m (363 ft)
Startmassa	2.8 miljoen kg
Startstuwkracht	34.5 miljoen newton
Naar een baan om de aarde	ongeveer 118 000 kg
Naar de maan	ongeveer 43 500 kg
Trappen	3

Voor het opstijgen moet de stuwkracht ook groter zijn dan het gewicht. Op het platform woog de Saturn V 2.8 miljoen kg × 9.81 m/s² ≈ 27.5 miljoen newton, terwijl de motoren 34.5 miljoen newton leverden: een verhouding van ongeveer 1.26. De resterende 7 miljoen newton, verdeeld over 2.8 miljoen kg, geeft eerst slechts ongeveer 2.5 m/s² opwaartse versnelling. Daarom lijken grote raketten zo langzaam op te stijgen. Naarmate de brandstof opbrandt, daalt de massa en neemt de versnelling toe.

Welke wet verklaart waarom een raket beweegt?
- Newtons derde wet
- De wet van behoud van massa
- Wet van Ohm
Heeft een raketmotor lucht nodig om tegen te duwen?
- Ja
- Nee, hij duwt tegen zijn eigen uitlaatgas
Een motor werpt 2 kg gas uit met 3000 m/s. Hoeveel impuls in kg·m/s krijgt de raket?
De uitlaatsnelheid is 3 km/s en de massaverhouding 10. Hoeveel is Δv in km/s? (twee decimalen)
De uitlaatsnelheid is 4.4 km/s en de massaverhouding 10. Hoeveel is Δv in km/s? (één decimaal)
Waarom gebruiken raketten trappen?
- Om lege tanks en motoren af te werpen, zodat de rest een betere massaverhouding heeft
- Omdat één motor niet groot genoeg kan worden gemaakt om te ontsteken
- Om de raket hoger te maken
Goddards raket bereikte 41 feet. Hoeveel meter is dat? (één decimaal; 1 ft = 0.3048 m)
Saturn V heeft 34.5 MN stuwkracht en 27.5 MN gewicht. Wat is de stuwkracht-gewichtsverhouding? (twee decimalen)
In welk jaar publiceerde Tsiolkovski zijn werk over raketten in de ruimte?
- 1903
- 1926
- 1957
Waarom lijkt een grote raket aanvankelijk langzaam op te stijgen?
- Haar stuwkracht is maar iets groter dan haar gewicht
- De lucht is dik en houdt haar tegen
- De motoren warmen langzaam op

Belangrijkste punten

Een raket duwt uitlaatgas naar achteren en wordt naar voren geduwd volgens Newtons derde wet; er is geen lucht nodig.
Raketvergelijking: Δv = vₑ × ln(m₀ ÷ m_f).
Trappen werpen dood gewicht af, zodat elke volgende trap met een betere massaverhouding begint.
Goddard liet op 16 maart 1926 de eerste vloeibarebrandstofraket vliegen.
Saturn V: 111 m hoog, 2.8 miljoen kg, 34.5 MN stuwkracht en drie trappen.

Bronnen van deze cursus (17)

Town of Auburn MA, Robert Goddard (auburnma.gov/693/Robert-Goddard)
History.com This Day in History, 16 March 1926 (Tsiolkovsky 1903 treatise)
NASA "What Was the Saturn V?" (nasa.gov/learning-resources/for-kids-and-students/what-was-the-saturn-v-grades-5-8)
NASA Earth Fact Sheet (nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/factsheet/earthfact.html, GM 0.39860 × 10⁶ km³/s², escape velocity 11.186 km/s, sidereal rotation 23.9345 h)
NASA History "The Dawn of the Space Age" (nasa.gov/history/dawn-of-the-space-age)
NASA "April 1961, First Human Entered Space" (nasa.gov/image-article/april-1961-first-human-entered-space)
GPS.gov Space Segment (gps.gov/space-segment)
KARI (kari.re.kr: KOMPSAT-1 1999, Chollian, Nuri launch dates, Danuri contents/193, 194, 196 and news release 2022-12-28)
Korea.kr policy news on the Nuri second launch, 21 June 2022 (korea.kr/news/policyNewsView.do?newsId=148902762)
Korea AeroSpace Administration (kasa.go.kr, founded 27 May 2024)
NASA International Space Station Facts and Figures (nasa.gov/international-space-station/space-station-facts-and-figures)
ISS National Lab on Zarya and Expedition 1 (issnationallab.org/iss360/celebrating-the-20th-anniversary-of-the-first-international-space-station-module)
Korea Herald and Korea.net on Yi So-yeon, 8 April 2008 (koreaherald.com/article/10711787, korea.net/NewsFocus/HonoraryReporters/view?articleId=264742)
NASA Apollo pages (nasa.gov/the-apollo-program, nasa.gov/history/apollo-11-mission-overview, nasa.gov/mission/artemis-ii)
NASA Voyager 1 (science.nasa.gov/mission/voyager/voyager-1) and "What is a light-day" (science.nasa.gov/mission/voyager/voyager-1/voyager-1-what-is-a-light-day)
NASA Stennis Lagniappe July 2015 on New Horizons at Pluto (nasa.gov/wp-content/uploads/2015/05/julylagniappe.pdf)
NASA SVS 5534 Parker Solar Probe (svs.gsfc.nasa.gov/5534).

Geraadpleegd: 2026-10-18