Raketti on nimetty ompelukelan mukaan. Sana tulee italialaisesta rocchetto, joka tarkoittaa kelaa, koska varhaiset versiot näyttivät langan kelaamisen yhteydessä käytetyiltä sukaaleilla ompelukelailta. Se on outoa historiaa koneelle, joka lopulta kuljetti ihmisiä ilmakehän ulkopuolelle.
Ydinasianaan raketti on yksinkertainen: pitkänomainen ajoneuvo, joka polttaa sen mukana kuljettamansa polttoaineen kiihtyvyyden saavuttamiseksi ilman ympäröivää ilmaa. Tämä yksittäinen suunnittelupäätös on se, mikä erottaa raketin suihkumoottorista, ja se on syy, miksi raketteja voidaan lentää sinne, missä suihkumoottorit eivät voi: avaruuden tyhjiön läpi, missä rakettimootori toimii tosiasiassa paremmin kuin merenpinnan tasolla.
Raketin historia ulottuu paljon avaruusaikaa pidemmälle. Se ulottuu Kiinan arsenaaleihin, Intian taistelukentille, venäläisiin hirsimökkeihin ja saksalaisiin ohjusrintamiin ennen kuin se koskaan tahallaan lähti ilmakehästä. Tässä on, kuinka kelanmuotoinen ilotulitus tuli avaruusalukseksi.
Ei suihkumoottori paremmalla markkinointistrategialla
Suihkumoottorit hengittävät. Ne imevät happea ympäröivästä ilmasta ja sekoittavat sen polttoaineeseen poltosta varten. Raketti sen sijaan pakkaa sekä polttoaineen että hapettimen omaan runkoonsa, joten sen ei koskaan tarvitse vetää sisään mitään. Tämä yksittäinen ero on se, mikä antaa raketille mahdollisuuden lentää avaruuden tyhjiön läpi, missä ei ole ilmaa hengitykseen.
Vastaloginen osa on se, mitä tapahtuu suorituskykylle kun ilma katoaa. Raketimoottoritoleranssit eivät vain hyväksy tyhjiön toleransseja, ne toimivat tosiasiassa tehokkaammin siellä kuin ilmakehässä. Kaikki, mitä on suunniteltu toimimaan hyvin maalla, osoittautuu toimivan jopa paremmin, kun se sen jättää, mikä on päinvastoin lähes kaikille muille ihmisten rakentamille moottorilajitteille.
Syntyi Song-dynastian Kiinassa
Sodan ja juhlien varalta rakennetut rakettit ulottuvat vähintään 1300-luvulle Kiinassa, mikä tekee raketista yhden vanhimmista aseista, joita käytetään edelleen aktiivisesti nykyään, vain paljon kunnianhimoisemman tavoitteen suuntaisesti. Historioitsija Joseph Needhamin mukaan Song-dynastian laivasto oli jo järjestänyt raketteja tarpeeksi käyttääkseen niitä dokumentoidussa sotaharjoituksessa vuonna 1245.
Tämä päivämäärä on tärkeä, koska se tarkoittaa, että ruutiraketteja oli hyvin järjestettynä osana valtion sotilaallista työkalusarjaa vuosisatoja ennen kuin Europalla oli mitään vastaavaa, joten niiden alkuperä merellisen ja taistelukentän työkaluna on vahvasti juurttunut Song Kiinaan.
Lohikäärme, joka ampui vedestä
Nykyaikaiset raketteja lentävät lähes aina vaiheiden kautta, pudottaen tyhjät polttoainesäiliöt, kun ne nousevat, jotta ajoneuvo pysyy kevyemmäksi ja nopeammaksi. Tämä ajatus ei ole 1900-luvun keksintö. Kiinalaisessa 1400-luvun sotaoppaassa nimeltä Huolongjing kuvataan laite nimeltä "tulisuihkun lohikäärme nousee vedestä", joka on vanhin tunnettu monivaiheinen raketti, joka on rakennettu käytettäväksi Kiinan laivaston toimesta.
Yksinomaan nimi vihjaa suunnittelun logiikkaan: raketti, jonka oli tarkoitus näyttää siltä kuin se räjäyttäisi vedestä, käyttäen yhtä vaihetta liikkumiselle ja toista jatkulle, sama vaiheistettu logiikka, jota jokainen sittemmin rakennettu monivaiheinen raketti on jollain tavalla noudattanut.
Raudakuoret intialaisesta kuningaskunnasta
Vuosisatoja ensimmäisten kiinalaisten rakettien jälkeen useimmat rakettien rungot olivat valmistettu paperista tai ohuesta metallista, joka saattoi revetä paineen alaisena. Se muuttui 1700-luvun lopulla, kun Mysore-kuningaskunta Hyder Alin hallinnon alaisena rakensi Mysorean-raketteja, ensimmäiset onnistuneet rautakuoriset rakettia historiassa.
Rautakuori antoi raketille mahdollisuuden kestää korkeampaa sisäpainetta ilman vika, mikä merkitsi enemmän työntövoimaa ja suurempaa kantamaa. Kun muotoilu myöhemmin saavutti Britannian, se inspiroi Congreve-rakettiohjelma, jonka suurin malli, 32 paunan sirpale, kuljetti 15 jalkaisen keppi vain pitääkseen sen lentävänä. Intian taistelukentän innovaatio oli yhden sukupolven sisällä tullut Euroopan tykistön piirteeksi.
Kreikkalainen ajatus kaksituhatta vuotta liian aikaisen
Vanhin tunnettu laite, joka osoittaa raketinlennon perusperiaatteet, ei ollut ollenkaan ase. Noin 400 eaa. kreikkalainen pythagoraalainen Arkhytas rakensi puulintuun, ripusti sen johdoille ja työtti sitä höyryllä raketin voimana.
Se ei tullut lähellekään avaruutta, eikä kukaan rakentanut ideaa pitkään aikaan. Mutta taustalla oleva periaate - että kaasusuihkun poistaminen yhteen suuntaan työntää objektin toiseen - on juuri sitä, mihin jokainen kemiallinen rakettimootori vielä luottaa nykyään. Arkhytas tuli siihen paljon ennen kuin kenelläkään oli ruutia kokeilemaan sitä.
Mies, joka suunnitteli avaruuslennon paperille
Kauan ennen kuin mikään raketti poistui ilmakehästä, maaseudun opettaja Venäjällä kehitti matematiikan siitä, kuinka yksi voisi lopulta tehdä. Konstantin Tsiolkovsky katsotaan avaruuslennon isäksi, ja hän oli myös ensimmäinen henkilö, joka ajatteli avaruushissiä, ideaa, johon hän pääsi vuonna 1895 nähdessään äskettäin rakennetun Eiffel-tornin.
Hänen tärkein paperi avaruuden tutkimisesta rakettikäyttöisillä laitteilla ilmestyi toukokuussa 1903, vuosikymmeniä ennen kuin minkään hallituksella oli tekniikka tai rahat hänen yhtälöitensä testaamiseen. Hän kehitti orbitaaliraketin fysiikkaa käyttäen lähinnä liitutaulua, maassa, joka ei laukaisisi mitään kiertoradalle vielä puolessa vuosisadassa.
Ase, joka saavutti avaruuden vahingossa
Ensimmäinen raketti, joka intentionaalisesti jätti ilmakehän, suunniteltiin kaupunkien tuhoamiseksi, ei niiden tutkimiseksi. Laukaistiin testilento MW 18014 20. kesäkuuta 1944, V-2 ylitti Karmán-linjan ja tuli ensimmäiseksi ihmisen tekemäksi objektiksi, joka koskaan saavutti avaruuden.
Tämä virstanpylväs tuli pommi-aiheen keskellä. Syyskuusta alkaen Wehrmacht ampui yli 3000 näitä ohjuksia liittolaisten kaupunkeihin, osui ensin Lontooseen, sitten Antwerpiin ja Liègeen. Sama tekniikka, joka ensimmäisenä kosketti avaruutta, oli tuolloin terrorin työkalu, synkkä muistutus siitä, että raketin sotilaallinen ja tieteellinen polku eivät ole koskaan olleet täysin erillään.
Miksi raketteja tulla osien muodossa
Vaiheistaminen ei ole vain historiallinen uteliaisuus Huolongjing:ista, se on edelleen toimiva periaate kiertoradalle pääsemisen takana. Vuosien 1948 ja 1950 välisenä aikana insinöörit testasivat RTV-G-4 Bumper-sarjaa White Sandsissä, myöhemmin Cape Canaverali, rakentaen ensimmäiset nopeuden monivaiherakettit modernista ajasta. Yksi heistä saavutti korkeuden 393 kilometriä White Sandsin yläpuolella 24. helmikuuta 1949, suurin korkeus, jonka mikään raketti oli koskaan saavuttanut siellä.
Vaiheittamisen takana oleva fysiikka on yksinkertaista: kuolleen painon pudottaminen lennon puolivälissä sallii jäljellä olevien moottoreiden kiihdyttää kevyempää ajoneuvoa. Saturnuksen V:n ensimmäinen vaihe esimerkiksi joutui nostamaan kaiken, mitä sen yläpuolella oli, ja silti saavutti massa-suhteen noin 10 ja erityisen impulssin 263 sekuntia, luvut, jotka osoittavat, miksi insinöörit etsivät kevyintä mahdollista vaihetta, joka pysyy edelleen yhdessä.
Jokaisen joulen puristaminen pakokaasuista
Rakettimoottorin kuiva rakenne, kaikki jäljelle jää, kun polttoaine on loppunut, on usein vain 5 - 20% ajoneuvon kokonaislaukaisu-massasta. Tämä pienin laitteisto, ei polttoaine, jonka se kuljettaa, lopulta hallitsee rakettiohjelm kustannuksia, koska säiliöiden ja moottoreiden rakentaminen, jotka ovat sekä kevyitä että vahvoja, on paljon vaikeampaa kuin niiden täyttäminen polttoaineella.
Eniten tästä laitteesta saa nestesuihku. Rakettinestesuihkut käyttävät lähes adiabaattisia muotoja, joilla on korkea paisuntasuhde, jotka jäähdyttävät ja kiihdyttävät pakokaasujen osaa, saavuttaen energiatehokkuutta jopa 70 prosenttiin. Polttoaineen valinnalla on merkitystä myös: vety ja happi yhdessä toimittavat korkeimman erityisen pulssin minkä tahansa käytössä olevan kemiallisen polttoaineen yhdistelmästä, mutta vedyn tiheys on vain noin neljästoista veden osasta, joten moottori, joka polttaa sen, tarvitsee suurempia, raskaampia turbiinipumppuja, jotka leikkaavat työntövoima-paino-suhdetta, kompromissi, joka on näkyvä vertailtaessa moottorin kuten RS-25: tä tiheämpään polttoaineeseen suunniteltua, kuten NK-33.
Mikään näistä kompromisseista ei ole poissa sadan vuoden raketiikkaaseen. Jokainen käynnistys on edelleen neuvottelu siitä, kuinka paljon kuolleen painon ajoneuvo voi pudottaa, kuinka tehokkaasti sen nestesuihku voi muodostaa pakokaasut ja kuinka tiheää polttoainetta se uskaltaa polttaa, samat kompromissit, joita kiinalainen arsenal-upseeri ja venäläinen koulunopettaja jo kiertellivät kauan ennen kuin kenelläkään niistä oli nimi englannissa.