Raketa je pojmenována podle cívky na nit. Slovo pochází z italštiny rocchetto, což znamená cívka, protože časné verze vypadaly jako vřetenovité cívky používané k navíjení vlákna. Je to zvláštní příběh vzniku stroje, který nakonec dopravil lidi mimo atmosféru.
V podstatě je raketa jednoduchá: podlouhlé vozidlo, které spaluje palivo, které si nese, aby zrychlilo, bez potřeby okolního vzduchu. Toto jediné konstrukční rozhodnutí je to, co odlišuje raketu od tryskového motoru, a je to důvod, proč mohou rakety létat tam, kde nemohou tryskové motory: skrz vakuum vesmíru, kde raketový motor ve skutečnosti funguje lépe než na hladině moře.
Historie rakety sahá mnohem dále než doba kosmonautiky. Sahá čínským zbraňovnám, indickým bojištím, ruským dřevěným chatám a německým raketovým bunkrům, než kdy-koli záměrně opustila atmosféru. Zde je, jak se strojek ve tvaru cívky stal vesmírným lodí.
Není to tryskový motor s lepší marketingovou strategií
Tryskové motory dýchají. Nasávají kyslík z okolního vzduchu a míchají ho s palivem. Raketa naopak balí jak palivo, tak okislujícího činidla do svého vlastního těla, takže nikdy nemusí nic vdechovat. Tento jediný rozdíl umožňuje raketě létat skrz vakuum vesmíru, kde není vzduch k dýchání.
Kontraintuitivní část je to, co se stane s výkonem, když vzduch zmizí. Raketové motory nejen tolerují vakuum, ale ve skutečnosti fungují efektivněji tam než v atmosféře. Vše, co je navrženo na dobré fungování na zemi, se ukazuje fungovat ještě lépe, když ji opustí, což je opak téměř všech ostatních typů motorů, které lidé kdy postavili.
Zrozená v dynastii Song v Číně
Rakety postavené pro válku a oslavu sahají minimálně do 13. století v Číně, což činí raketu jednou z nejstarších zbrojí, která se v současnosti ještě aktivně používá, nyní pouze zaměřena na něco mnohem ambicióznějšího. Podle historika Josepha Needhama měla už během dynastie Song loďstvo rakety dostatečně organizované, aby je použila v dokumentovaném vojenském cvičení v roce 1245.
Tento datum je důležitý, protože to znamená, že prášková jádra byla stanovenou součástí vojenské soupravy státu století před tím, než měla Evropa něco podobného, přičemž jejich původ jako námořní a bojové nástroje byl pevně zakořeněn v dynastii Song v Číně.
Drak, který střílel z vody
Moderní rakety skoro vždy letí v etapách, vyhazují prázdné palivové nádrže, zatímco stoupají, aby vozidlo zůstalo lehčí a rychlejší. Tato myšlenka není vynálezem 20. století. Čínská vojenská příručka z 14. století zvané Huolongjing popisuje zařízení nazývané "ohnivý drak vycházející z vody," což je nejstarší známá vícestupňová raketa, postavená pro použití čínským námořnictvem.
Samotný název naznačuje logiku designu: raketa, která měla vypadat, že vybuchuje z vody, pomocí jedné etapy k zahájení pohybu a druhé k pokračování, stejná logika stádií, kterou každá vícestupňová raketa postavená od té doby sledovala tak či onak.
Železné obaly z indického království
Po staletí po prvních čínských raketách byla většina raketových těles vyrobena z papíru nebo tenkého kovu, který mohl prasknout pod tlakem. To se změnilo na konci 18. století, kdy království Mysore pod vládou Hydera Aliho postavilo rakety Mysorean, první úspěšné železné rakety v historii.
Železný obal umožnil raketě udržet vyšší vnitřní tlak bez selhání, což znamenalo více tahu a větší dosah. Když se design později dostal do Británie, inspiroval program raket Congreve, jehož největší model, 32librová skořápka, nesl hůl 15 stop dlouhý jen aby ji udržel v letu. Indická inovace na bojišti se během jedné generace stala prvkem evropské dělostřelectva.
Řecká myšlenka dvě tisíce let příliš brzy
Nejstarší známé zařízení, které demonstruje základní principy raketového letu, bylo vůbec žádné zbraně. Kolem roku 400 př.n.l. postavil řecký Pythagorean Architas z dřeva ptáka, zavěsil ho na drátky a pohnal ho podél nich pomocí páry jako hnací síly.
Nikdy se nepřiblížil vesmíru, a nikdo na myšlenku dlouho nenavazoval. Ale základní princip - že vypuzení paprsku plynu v jednom směru tlačí objekt v opačném - je právě to, na čem se každý chemický raketový motor stále spoléhá. Architas se k tomu dostal dlouho předtím, než měl někdo prášek k vyzkoušení.
Muž, který navrhoval vesmírný let na papíře
Dlouho předtím, než kterákoli raketa opustila atmosféru, učitel venkovské školy v provincii Rusko vypracoval matematiku toho, jak by ji konečně mohl. Konstantin Tsiolkovsky je považován za otce kosmických letů, a byl také první osobou, která si představila vesmírný výtah, myšlenku, na kterou přišel v roce 1895 poté, co viděl právě postavenou Eiffelovu věž.
Jeho nejdůležitější dokument o průzkumu vesmíru pomocí zařízení poháněných raketami se objevil v květnu 1903, desítky let předtím, než kterákoli vláda měla techniku nebo peníze na testování jeho rovnic. Vypracoval fyziku orbitální raketotechniky s trochou víc než tabulí, v zemi, která by neuvedla nic na oběžnou dráhu dalších padesát let.
Zbraň, která dosáhla vesmíru náhodou
První raketa, která záměrně opustila atmosféru, byla navržena k ničení měst, ne k jejich průzkumu. Při vypuštění testovacího letu MW 18014 20. června 1944 překročila V-2 Kármánovu linii a stala se prvním vyrobeným objektem, který kdy dosáhl vesmír.
Tato milníka přišla uprostřed bombardovací kampaně. Počínaje září vypustila Wehrmacht na spojenecká města přes 3000 těchto střel, nejdříve zasáhla Londýn, pak Antverpy a Liège. Stejné inženýrství, které poprvé se dotklo vesmíru, bylo v té době nástrojem teroru, chmurná připomínka, že vojenská a vědecká cesta raketotechniky se nikdy zcela neodělily.
Proč rakety přicházejí v sekcích
Stagování není pouze historickou kuriozitou z Huolongjingu, je to stále pracující princip dosažení oběžné dráhy. Mezi lety 1948 a 1950 testovali inženýři řadu RTV-G-4 Bumper v White Sands, později na Cape Canaveral, stavěli první vysokorychlostní vícestupňové rakety moderní doby. Jeden z nich dosáhl výšky 393 kilometrů nad White Sands 24. února 1949, největší výšky, kterou tam kdy-koli dosáhla nějaká raketa.
Fyzika za stáváním je jednoduchá: vhazování mrtvé váhy v polovině letu umožňuje zbývajícím motorům zrychlit lehčí vozidlo. První stupeň Saturn V například musel zvednout celou hmotnost všeho nad ním, a přesto dosáhl poměru hmotnosti přibližně 10 a specifického impulsu 263 sekund, čísla, která ukazují, proč inženýry pokračují v pronásledování nejlehčí možné fáze, která zůstane pohromadě.
Vytlačování každého joulu z výfuku
Suchá konstrukce raketového motoru, vše, co zbývá po vyčerpání pohonné látky, je často pouze 5 až 20% celkové startovací hmotnosti vozidla. Tento malý kus hardwaru, ne palivo, které nese, je to, co v konečném důsledku dominuje nákladům programu rakety, protože stavění tanků a motorů, které jsou lehké a silné, je mnohem obtížnější než jejich naplnění pohonnou látkou.
Dosažení maximálního z hardwaru se scvrkává na hubici. Raketové hubice používají skoro adiabatické tvary s vysokým poměrem expanze, které chladí a zrychlují výfukový plyn, dosahují energetické účinnosti až 70%. Volba paliva je také důležitá: vodík a kyslík dohromady poskytují nejvyšší specifický impuls jakékoli kombinace chemického pohonného prostředku v použití, ale hustota vodíku je pouze asi jedna čtrnáctina vody, takže motory, které jej spalují, potřebují větší, těžší turbonasáče, které snižují poměr tahu k hmotnosti, kompromis viditelný při srovnání motoru jako RS-25 s hustším palivovým designem jako NK-33.
Žádný z těchto kompromisů nevymizел v jednom století raketotechniky. Každé spuštění je stále vyjednáváním mezi tím, kolik mrtvé váhy může vozidlo zhodit, jak efektivně hubice může tvarovat výfuk, a jak hustě palivo odvažuje spalovat, stejné kompromisy, které čínský arzenální důstojník a ruský učitel už dlouho obíhali, dříve než měl kdokoli z nich jméno v angličtině.