Die V2 Rakete: Entwicklung und Technik

Am 27. März 1945, während die deutschen Frontlinien unaufhaltsam zusammenbrachen, wurde die letzte V2-Rakete auf Antwerpen abgefeuert. Nur Stunden zuvor hatte auch London eine letzte deutsche Rakete getroffen. Am folgenden Tag schlug die letzte V1-Flugbombe in Antwerpen ein. Dies markierte das Ende des Einsatzes der sogenannten „Wunderwaffen“, von denen die Deutschen so viel erhofften, deren militärischer Nutzen jedoch begrenzt blieb, auch wenn sie in den Hauptzielorten London und Antwerpen erhebliche Zerstörungen anrichteten und über 3.500 Menschen allein in Antwerpen töteten.

Die Produktion der Rakete, die in unterirdischen Fabriken wie der bei Nordhausen von Häftlingen des KZ Mittelbau-Dora unter Zwang erfolgte, wurde ebenfalls Ende März 1945 eingestellt. Doch die Geschichte der V2, technisch als Aggregat 4 (A-4) bezeichnet, reicht viel weiter zurück und ist die Geschichte der ersten Großrakete der Welt, die den Grundstein für die spätere Raumfahrt legte.

Die Ursprünge der Raketentechnik in Deutschland

Die Begeisterung für Raumfahrt und Raketentechnik wuchs in Deutschland bereits in den 1920er Jahren. Der 1927 gegründete Verein für Raumschifffahrt (VfR) hatte bald über 1.000 Mitglieder. Pioniere wie Hermann Oberth veröffentlichten visionäre Bücher und experimentierten mit Flüssigkeitsraketen. Auch andere Tüftler wie Johannes von Winkler und Valier (mit Raketenwagen für Max von Opel) trugen bei. Im Gegensatz zu den seit Jahrhunderten eingesetzten Feststoffraketen waren Flüssigkeitsraketen Neuland. Die Förderung flüssiger Treibstoffe, deren effektive Verbrennung und die Kühlung von Brennkammer und Düse mussten experimentell ermittelt werden. Parallel dazu forschte in den USA Robert Hutchkins Goddard, dessen Arbeit aber kaum Beachtung fand.

Zwischen 1927 und 1933 entwickelte der VfR wesentliche Technologien für den Bau und die Stabilisierung von Flüssigkeitsraketen. Sie bauten Raketen von über 100 kg Gewicht. Trotz eines späteren Starts im Vergleich zu Goddard hatten sie technisch bis 1932 aufgeholt, was an der großen Zahl engagierter Tüftler lag. Allein 1932 gab es 87 Starts und 230 Tests. Es fehlte vor allem an Geld und Erfahrung für größere Projekte.

Das Militär erkennt das Potenzial

Anfang der 1930er Jahre zeigte das deutsche Militär Interesse an Raketen als Waffen. Der Grund lag im Versailler Vertrag, der Deutschland nach dem Ersten Weltkrieg auferlegt wurde. Dieser Vertrag verbot Deutschland schwere Artillerie, Panzer, Flugzeuge und große Kriegsschiffe. Raketen waren jedoch nicht erwähnt, da sie als veraltete Waffe galten. Oberst Becker, ein Ballistiker des Heeres, sah in den sich schnell verbessernden Raketen einen möglichen Ersatz für die verbotene weit reichende Artillerie.

Der VfR experimentierte auf einem gepachteten Gelände bei Berlin-Reinickendorf. Ihre Raketen erreichten bis 1931 Höhen von bis zu 457 m und weckten das Interesse des Militärs. Eine Vorführung auf dem Militärgelände in Kummersdorf im Juli 1932 schlug zwar fehl, führte aber dazu, dass das Heer die Entwicklung von Langstreckenraketen in Kummersdorf unterstützen wollte, wo Teststände vorhanden waren. Dies führte zur Trennung vom VfR. Eine kleine Gruppe um den jungen Ingenieur Wernher von Braun, den Schlosser Heinrich Grünow und Walter Riedel begann die Arbeit unter Oberst (später General) Dornberger in Kummersdorf.

Die Arbeit konzentrierte sich zunächst auf die Entwicklung eines Raketenmotors, des „300 kg Motors“ (für ca. 3000 N Schub). Erste Tests waren schwierig, Kühlung und Einspritzsysteme mussten entwickelt werden. Arthur Rudolph, der bereits einen funktionierenden Motor hatte, stieß zur Gruppe. Seine Idee einer Kupferbrennkammer, die im Alkoholtank gekühlt wurde, wurde übernommen, führte aber zu instabilen, hecklastigen Raketen. Die Lösung war die Filmkühlung, bei der der Treibstoff (Alkohol) durch eine Doppelwand zirkulierte, um die Brennkammer zu kühlen, bevor er verbrannt wurde. Dieses Prinzip wird in verfeinerter Form heute noch verwendet.

Von A-1 zu A-5: Schritte zur Großrakete

Das erste Projekt war das Aggregat 1 (A-1). Es nutzte 75%-igen Alkohol und flüssigen Sauerstoff. Eine Neuerung war die Kreiselstabilisierung: Statt die ganze Rakete zu drehen, sollte ein schwerer Kreisel in der Spitze die Lage stabilisieren. Die A-1 war 1,40 m lang, wog 150 kg und sollte 1,8 km Höhe erreichen. Sie flog jedoch nie; sie explodierte bei einem Test und war zudem zu kopflastig.

Aus der A-1 entwickelte man das Aggregat 2 (A-2), bei dem der Kreisel zwischen den Tanks platziert wurde. Zwei A-2 namens „Max“ und „Moritz“ wurden am 24. Dezember 1934 von Borkum gestartet und erreichten senkrechte Höhen von 2,2 bzw. 2,0 km. Dies war ein erster Erfolg. Obwohl es Geld für die Raketen gab, fehlten Mittel für Büroeinrichtungen, was die Forscher zu kreativen Anträgen zwang (z. B. Bleistiftspitzmaschine als „Vorrichtung zum Fräsen von Holzstäben“).

Mit dem Erfolg der A-2 und der beeindruckenden Tests von Triebwerken mit bis zu 1.500 kg Schub (14,7 kN) stieg das Interesse des Militärs. Generaloberst von Fritsch besuchte Kummersdorf 1936. Dornberger und von Braun skizzierten die Möglichkeiten einer Großrakete (der späteren A-4) und wiesen auf die Notwendigkeit eines abgelegenen Testgeländes hin. Dies führte zur Finanzierung von Peenemünde.

Das nächste Projekt war die A-3, zehnmal schwerer als die A-2, mit 6,7 m Länge und einem Schub von 14,25 kN. Sie sollte eine instrumentelle Nutzlast transportieren und verfügte über ein autonomes Flugstabilisierungssystem mit Kreiseln und Strahlrudern. Auch ein adaptives Lenksystem war geplant. Die A-3 sollte überschallschnell werden, was die Entwicklung einer geeigneten Form erforderte. Da Überschallwindkanäle fehlten, setzte sich Dornberger für den Bau des ersten Windkanals der Welt in Peenemünde ein, der Modelle bis Mach 4,5 testen konnte. Dies führte zur optimierten, spitz zulaufenden Form, die auch auf die A-4 übertragen wurde.

Ein weiteres Problem war die Brennkammer. Walter Thiel entwickelte ein neues Einspritzsystem mit Spitzkegeldüsen, das den Treibstoff gleichmäßiger zerstäubte und die Brennkammerlänge erheblich reduzierte (von 2 m auf 30 cm). Dies erhöhte auch die Ausströmgeschwindigkeit. Zusammen mit der Filmkühlung durch Spiritus (Pohlmanns Idee), der durch kleine Bohrungen an gefährdeten Stellen eintrat und verdampfte, und einem konischen Übergang zur Düse (Dornbergers Vorschlag) wurden die Probleme mit dem Durchbrennen gelöst.

Die A-3-Tests im Dezember 1937 schlugen fehl, wahrscheinlich wegen Problemen im Steuerungssystem. Nach diesen Misserfolgen zog die Gruppe nach Peenemünde um. Statt die A-3 zu überarbeiten, entwickelte man das Aggregat 5 (A-5) als Testmuster für das A-4-Konzept. Die A-5 war gedrungener und ähnelte einer verkleinerten A-4. Sie diente dazu, das aerodynamische Verhalten und vor allem die Steuerung der A-4 zu erproben. Verbesserte, leistungsfähigere Kreisel von Siemens und größere Graphit-Strahlruder wurden eingesetzt. Die A-5 verfügte über ein einfaches mechanisches Steuerungssystem, das nach 4 Sekunden Flug die Kreiselplattform neigte, um eine ballistische Bahn einzuleiten. Nach Überarbeitung der Steuerung und Tests (inkl. Abwürfe von Modellen aus Flugzeugen) war die A-5 im Sommer 1939 fertig. Insgesamt 25 Starts der A-5 fanden statt, die Höhen von bis zu 12 km und Reichweiten von 18 km erreichten. Dies lieferte Dornberger den notwendigen Erfolg, um Mittel für die A-4 zu beantragen.

Die A-4: Eine technologische Revolution

Mit Beginn des Zweiten Weltkriegs im Sommer 1939 schien die Entwicklung von Raketen zunächst weniger dringend. Um weitere Gelder zu erhalten, musste die A-4 als echte Verbesserung gegenüber bestehenden Waffen positioniert werden. Von Braun und Dornberger orientierten sich an der Artillerie und legten ehrgeizige Anforderungen fest: 250 km Reichweite (doppelt so weit wie die "Paris Kanone"), 1.000 kg Sprengstoff-Nutzlast (doppelt so viel wie in einer schweren Schiffsgranate) und eine Zielgenauigkeit von 2-3 Promille der Reichweite. Dies bestimmte die Größe der Rakete: etwa 12-13 t Startgewicht und ein Antrieb mit 245 kN Schub.

Die Abmessungen, insbesondere der Durchmesser (3,56 m mit Flossen), wurden durch die minimale Breite von Eisenbahntunneln begrenzt, um den Transport zu ermöglichen. Als Treibstoffe wurden weiterhin 75%iger Alkohol (B-Stoff) und flüssiger Sauerstoff (A-Stoff) verwendet. Kriegsbedingt kam auch eine Mischung aus 45% Ethanol und 30% Methanol zum Einsatz, die eine etwas geringere Reichweite hatte. Der Alkohol wurde vergällt und eingefärbt, um den Missbrauch als Trinkalkohol zu verhindern. Die Rakete konnte nach dem Betanken mit Sauerstoff (der stark verdampfte) mehrere Stunden in Bereitschaft gehalten werden.

Für die Treibstoffförderung war bei der Größe der A-4 die einfache Druckförderung der A-5 nicht mehr praktikabel. Eine Turbopumpe wurde benötigt, die 150 l/s Treibstoff bei 20 bar Druck fördern konnte. Diese wurde von einer Turbine angetrieben, die wiederum heißes Gas benötigte. Man nutzte hier das Walter-System, bei dem Wasserstoffperoxid (T-Stoff) durch Kaliumpermanganat (Z-Stoff) zersetzt wurde, um Dampf und Sauerstoff für den Turbinenantrieb zu erzeugen. Dieses System bewährte sich und wurde übernommen, auch bei den meisten westlichen Raketen bis in die späten Fünfzigerjahre.

Die Brennkammer der A-4 (Volumen 0,8 m³, Durchmesser 74 cm) nutzte das verbesserte Design mit 18 Einspritzbechern nach Thiel, was eine gleichmäßigere Verbrennung und einen Schub von 270 kN (später bis 300 kN im Vakuum) ermöglichte. Die Filmkühlung mit Alkohol am Düsenhals schützte die Düse (die Temperaturen von 2.700 °C aushalten musste) vor dem Schmelzen. Die Düse war ein Kompromiss für den Betrieb am Boden und in großen Höhen.

Die Steuerung der A-4

Die A-4 musste aktiv gesteuert werden, um ihr Ziel präzise zu erreichen. Die Technologie basierte auf den Erkenntnissen der A-5-Tests und nutzte Autopiloten-Technik. Drei Kreisel dienten als Trägheitsplattform, deren Abweichungen von der räumlichen Soll-Lage gemessen und in elektrische Spannung umgewandelt wurden. Eine analoge Steuerung übersetzte diese Signale in Bewegungen der Strahlruder (Graphitbleche im Abgasstrahl) und Luftruder, um Kursabweichungen entgegenzuwirken. Die großen Flossen am Heck dienten der Rollstabilisierung in der Atmosphäre.

Das Flugprofil wurde durch die gezielte Neigung der Kreiselplattform vorgegeben. Die Rakete startete senkrecht, und nach wenigen Sekunden begann die Plattform, sich zu neigen, wodurch die Rakete in eine ballistische Bahn gelenkt wurde. Die Reichweite wurde durch den Zeitpunkt des Brennschlusses gesteuert. Dieser wurde anfangs über ein Funksystem mit Dopplereffekt vom Boden aus ausgelöst, was aber ungenau war und durch die Ionisation des Abgasstrahls gestört wurde. Später wurde ein funkfreies, internes Integrationsgerät entwickelt, das die Beschleunigung summierte und bei Erreichen einer vorgegebenen Sollgeschwindigkeit den Antrieb abschaltete. Ein noch genaueres Doppelintegrationsgerät zur Wegbestimmung wurde bis Kriegsende nicht mehr einsatzbereit.

Die Breitenstreuung war ein größeres Problem als die Längenstreuung. Anfangs lag die Streuung bei 4,5 km für 50% der Raketen. Man plante den Einsatz eines Funkleitstrahlsystems, um die Breitenstreuung zu reduzieren, aber die Entwicklung verzögerte sich aufgrund von Prioritäten und technischen Problemen (Störung durch den Abgasstrahl bei der verwendeten Frequenz). Obwohl Tests mit verbesserten Systemen vielversprechend waren, mussten die operationellen A-4 mit einem einfacheren System auskommen, das eine 50%-Breitenstreuung von 2 km hatte.

Die gesamte Lenkung, bestehend aus Messgebern (Kreiseln), Programm (Zeitschaltwerk), Rechner (Mischgerät), Kraftschalter und Rudermaschine, war analog aufgebaut. Dieses System bildete die Grundlage für die Lenkung der ersten Nachkriegsraketen in Ost und West. Selbst russische Raketen wie die Proton nutzten noch lange Zeit analoge Steuerungen und Spezialbatterien zur Geschwindigkeitsvorgabe, ähnlich dem Prinzip der A-4.

Entwicklung und Produktion in Peenemünde

Mit der A-4 gab es erheblich mehr Geld für die Entwicklung. 1937 erhielten die Raketenbauer um Wernher von Braun (technischer Direktor) 11 Millionen Reichsmark, eine massive Steigerung gegenüber den bisherigen 80.000 RM, möglich gemacht durch das Interesse sowohl des Heeres als auch der Luftwaffe.

Als Testgelände schlug von Braun Peenemünde auf Usedom vor, ideal gelegen an der Ostsee mit freiem Schussfeld. Dort entstand die Versuchsanstalt des Heeres (Peenemünde-Ost) für die A-4 und die Versuchsanstalt der Luftwaffe (Peenemünde-West) für Projekte wie die V-1.

Die Entwicklung der A-4 in Peenemünde dauerte von 1937 bis zum ersten erfolgreichen Flug. Der erste Teststart am 23. Mai 1942 schlug fehl. Die zweite Rakete stürzte ab. Erst am 3. Oktober 1942 begann das Weltraumzeitalter: Die vierte A-4 erreichte 84 km Höhe und flog 187 km weit. Sie trug das Emblem von Fritz Langs Film „Die Frau im Mond“. Auch das Ritual des Countdowns wurde von diesem Film übernommen.

Die lange Entwicklungszeit (5 Jahre) lag auch daran, dass die A-4 lange keine hohe Priorität hatte. Hitler zeigte zunächst wenig Interesse, ließ Materiallieferungen kürzen. Erst nach dem ersten erfolgreichen Flug stieg sein Interesse, aber unrealistische Produktionsziele wurden gesetzt. Nach dem vierten Testflug erhielt die A-4 die höchste Dringlichkeitsstufe, wurde aber gleichzeitig für operationell erklärt, obwohl sie noch nicht ausgereift war. Geplante feste Abschussbasen an der Kanalküste wurden durch alliierte Bomben zerstört.

Die Serienproduktion war anfangs in Peenemünde und Friedrichshafen geplant. Nach dem Angriff von 618 englischen Bombern auf Peenemünde am 17./18. August 1943 (der vor allem die Arbeitersiedlung traf und viele Todesopfer forderte, darunter Dr. Thiel) und weitere Fabriken, wurde die Fertigung dezentralisiert und in unterirdische Anlagen wie Mittelbau-Dora verlagert.

Bis Kriegsende wurde die A-4 ständig verbessert. Insgesamt gab es 60.000 Änderungen vom Prototypen zur Serienproduktion. Der letzte Testabschuss einer A-4 fand im Januar 1945 statt.

Die A-4 als Waffe und Wegbereiter

Die A-4 wurde als Waffe eingesetzt, aber ihre technische Auslegung war nicht optimal für diese Rolle. Sie transportierte den Sprengkopf nicht abtrennbar, was eine massive Konstruktion erforderte, um den Wiedereintritt bei Mach 5 zu überstehen. Dies machte die Rakete schwer und unhandlich. Spätere Raketen, die aus der A-4 entwickelt wurden (wie die sowjetische R-2, die auf Plänen für eine verbesserte A-4, die A-60, basierte), trennten den Sprengkopf ab und konnten so leichtere Tanks und größere Reichweiten erzielen.

Trotz ihrer begrenzten Effektivität als militärische Waffe (sie war teuer, ungenau und konnte nicht schnell genug produziert werden, um kriegsentscheidend zu sein) und der schrecklichen Umstände ihrer Produktion durch Zwangsarbeit, war die A-4 eine bahnbrechende technische Leistung. Sie war die erste Großrakete, die Überschallgeschwindigkeit erreichte, ins All vorstieß und ein autonomes Lenksystem nutzte. Die in Peenemünde entwickelten Technologien und das dort versammelte Know-how bildeten nach dem Krieg die Grundlage für die Raketenentwicklung in den USA und der Sowjetunion und damit für den Beginn des Raumfahrtzeitalters.

Technische Daten im Vergleich

Häufig gestellte Fragen zur V2 Rakete

Was war die V2?
Die V2, technisch Aggregat 4 (A-4), war eine ballistische Rakete, die im Zweiten Weltkrieg von Deutschland entwickelt und eingesetzt wurde. Sie war die erste Großrakete der Welt, die Überschallgeschwindigkeit erreichte und eine ballistische Bahn ins All durchflog.

Warum wurde die V2 entwickelt?
Nach dem Versailler Vertrag durfte Deutschland keine schwere Artillerie mit großer Reichweite besitzen. Das Militär sah in Raketen eine Möglichkeit, diese Beschränkung zu umgehen, da Raketen im Vertrag nicht erwähnt waren.

Wie wurde die V2 gesteuert?
Die V2 nutzte eine Trägheitslenkung basierend auf Kreiseln, die als Inertialplattform dienten. Ein analoger Computer verarbeitete die Signale der Kreisel und steuerte über Strahlruder im Abgasstrahl und Luftruder die Fluglage. Die Flugbahn wurde durch eine vorprogrammierte Neigung der Kreiselplattform festgelegt. Die Reichweite wurde durch das Abschalten des Triebwerks (Brennschluss) bei einer bestimmten Geschwindigkeit gesteuert, anfangs per Funk, später durch ein internes Integrationsgerät.

Wo wurde die V2 hauptsächlich entwickelt?
Die Hauptentwicklungsstätte war die Heeresversuchsanstalt in Peenemünde auf der Insel Usedom an der Ostsee.

Welchen Treibstoff nutzte die V2?
Die V2 verwendete eine Mischung aus 75%igem Ethanol (Alkohol) als Brennstoff und flüssigem Sauerstoff als Oxidationsmittel. Kriegsbedingt kam auch eine Mischung aus Ethanol und Methanol zum Einsatz.

War die V2 eine effektive Waffe?
Militärisch gesehen war die V2 nicht kriegsentscheidend. Sie war ungenau, sehr teuer in der Produktion und konnte nicht schnell genug in großer Zahl hergestellt werden. Ihre Wirkung bestand hauptsächlich in der Zerstörung und dem Terror in den Zielgebieten wie London und Antwerpen.

Hat die V2 die spätere Raketentechnik beeinflusst?
Ja, die V2 war technologisch wegweisend. Viele ihrer Konzepte, wie die Turbopumpe, die Filmkühlung der Brennkammer, die Kreiselstabilisierung und die Trägheitslenkung, wurden zur Grundlage für die Raketenentwicklung in den USA und der Sowjetunion nach dem Zweiten Weltkrieg und führten schließlich zur Entwicklung von Interkontinentalraketen und Trägerraketen für die Raumfahrt.

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