Raketa je pomenovaná podľa šijacej cievky. Slovo pochádza z talianskeho rocchetto, čo znamená cievka, pretože skoršie verzie vyzerali ako vretenolité cievky používané na namatávanie vlákna. Je to zvláštny pôvod pre stroj, ktorý nakoniec prepravoval ľudí mimo atmosféry.
V svojej podstate je raketa jednoduchá: podlhý vozidlo, ktoré spaľuje palivo, ktoré si nesie, aby sa zrýchlovalo, bez potreby okolitého vzduchu. Toto jediné rozhodnutie pri návrhu je to, čo rozlišuje raketu od prúdového motora, a je to dôvod, prečo môžu rakety lietať tam, kde to prúdové motory nemôžu: cez vákuum vesmíru, kde raketový motor vlastne funguje lepšie ako na úrovni mora.
História rakety siaha oveľa ďalej ako vesmírna éra. Rozprestiera sa cez čínske zbrojnice, indické bojiská, ruské drevenice a nemecké raketové bunkre, skôr ako by došlo k zámernému opusteniu atmosféry. Tu je, ako sa lúčka v tvare cievky stala vesmírnym loďou.
Nie prúdový motor s lepšou marketingovou stratégiou
Prúdové motory dýchajú. Nasávajú kyslík z okolitého vzduchu a miešajú ho s palivom. Raketa namiesto toho balí palivo aj oxidačný prostriedok do svojho vlastného tela, takže nikdy nemusí nič vdychovať. Tento jediný rozdiel umožňuje rakete lietať cez vákuum vesmíru, kde nie je vzduch na dýchanie.
Kontrakonceračná časť je to, čo sa stane s výkonom, keď vzduch zmizne. Raketové motory nielenže tolerujú vákuum, ale skutočne fungujú efektívnejšie tam ako v atmosfére. Všetko, čo je navrhnuté na dobré fungovanie na zemi, sa ukazuje fungovať ešte lepšie, keď ju opustí, čo je opak takmer všetkých ostatných typov motorov, ktoré ľudia kedy postavili.
Narodeného v dynastie Song v Číne
Rakety postavené na vojnu a oslavu siahajú najmenej do 13. storočia v Číne, čo robí raketu jednou z najstarších zbraní, ktoré sú stále aktívne používané dnes, zamerané na niečo oveľa ambicióznejšie. Podľa historika Josepha Needhama mala flota dynastie Song rakety dostatočne organizované na to, aby ich použila v zdokumentovanom vojenskom cvičení v roku 1245.
Tento dátum je dôležitý, pretože to znamená, že prachové rakety boli stanovené súčasťou vojenského arzenálu štátu po stáročia pred tým, ako mala Európa niečo ekvivalentné, pričom ich pôvod ako námorného a bojného nástroja je pevne zakorenený v dynastie Song v Číne.
Drak, ktorý strieľal z vody
Moderné rakety skoro vždy lietajú v etapách a vyhadzujú prázdne palivové nádrže, keď stúpajú, takže vozidlo zostáva ľahšie a rýchlejšie. Táto myšlienka nie je vynálezom 20. storočia. Čínska vojenská príručka z 14. storočia pomenovaná Huolongjing popisuje zariadenie nazývané „ohnivý drak vychádzajúci z vody", čo je najstaršia známa viacetstupňová raketa, postavená na použitie čínskou námornou flotilou.
Samotný názov naznačuje logiku návrhu: raketa, ktorá mala vyzerať ako výbuch z vody, pomocou jednej etapy na zahájenie pohybu a druhej na pokračovanie, rovnaká etapovaná logika, ktorú každá viacetstupňová raketa postavená odvtedy sledovala tak či onak.
Železné plášte z indického kráľovstva
Po storočia po prvých čínskych raketách bol väčšina raketových telies vyrobená z papiera alebo tenkého kovu, ktorý mohol prasknúť pod tlakom. To sa zmenilo na konci 18. storočia, keď Kráľovstvo Mysore pod vládou Hydera Aliho postavilo rakety Mysorean, prvé úspešné železné rakety v histórii.
Železný plášť umožnil rakete udržať vyšší vnútorný tlak bez zlyhania, čo znamenalo viac tahu a väčší dosah. Keď sa návrh neskôr dostali do Británie, inšpiroval Congreve raketový program, ktorého najväčší model, 32-librový plášť, niesol palicu dlhú 15 stôp iba na jej udržiavanie v lete. Indická bojová inovacia sa počas jednej generácie stala znakom európskej delostrelectva.
Grécka myšlienka tisíc rokov príliš skoro
Najstarší známy prístroj na demonštráciu základných princípov letu rakety nebol vôbec zbraňou. Okolo 400 pred Kristom postavil grécky Pythagorean Archytas dreveného vtáka, zavesil ho na drôty a pohnal ho po nich pomocou pary ako hnacou silou.
Nikdy sa nedostal blízko vesmíru a nikto na myšlienku dlho nenavázal. Ale základný princíp - že vyvrhnutie paprsku plynu v jednom smere tlačí predmet v druhom - je presne to, na čom sa každý chemický raketový motor stále spolieha. Archytas sa k tomu dostal dlho predtým, ako ktokoľvek mal prach na skúšanie.
Muž, ktorý navrhl vesmírny let na papieri
Dlho predtým, ako ktorákoľvek raketa opustila atmosféru, učiteľ v provinčnej Rusku vypracoval matematiku ako by to nakoniec mohlo urobiť. Konstantin Tsiolkovsky sa považuje za otca vesmírneho letu a bol tiež prvou osobou, ktorá si predstavila vesmírny výťah, myšlienku, do ktorej sa dostal v roku 1895 po videní Eiffelovej veže, ktorá bola práve postavená.
Jeho najdôležitejšia správa o prieskume vesmíru pomocou raketou poháňaných zariadení sa objavila v máji 1903, desiatky rokov predtým, ako akákoľvek vláda mala inžinierstvo alebo peniaze na testovanie jeho rovníc. Vypracoval fyziku obežnej raketotechniky s trochou viac než tabuľou, v krajine, ktorá by nespustila nič na obežnú dráhu ďalších päťdesiat rokov.
Zbraň, ktorá dosahla vesmír náhodou
Prvá raketa, ktorá zámerne opustila atmosféru, bola navrhnutá na zničenie miest, nie na ich prieskum. Po vypustení testovacieho letu MW 18014 20. júna 1944 prekročila V-2 Kármánovu linku a stala sa prvým ľudským objektom, ktorý kedy dosahuje vesmír.
Táto míľnika prišla uprostred bombardovacích kampaní. Od septembra vypustila Wehrmacht cez 3000 týchto striel na mestá spojencov, najskôr zasiahla Londýn, potom Antverpy a Liège. Rovnaké inžinierstvo, ktoré prvýkrát sa dotklo vesmíru, bola v tom čase nástroj teroru, pochmúrna pripomienka, že vojenská a vedecká cesta raketotechniky sa nikdy úplne neodelila.
Prečo rakety prichádzajú v sekciách
Stupňovanie nie je len historickou kuriózou z Huolongjingu, je to stále pracovný princíp dosiahnuť obežnú dráhu. Medzi rokmi 1948 a 1950 testovali inžinieri sériu RTV-G-4 Bumper v White Sands, neskôr v Cape Canaveral, postavili prvé vysokorýchlostné viacetstupňové rakety modernej doby. Jeden z nich dosahol výšku 393 kilometrov nad White Sands dňa 24. februára 1949, čo je najväčšia výška, ktorú tam kedykoľvek dosiahla nejaká raketa.
Fyzika za stupňovaním je jednoduchá: vyhodenie mŕtvej váhy v polovici letu umožňuje zostávajúcim motorom zrýchliť ľahšie vozidlo. Prvý stupeň Saturn V musel napríklad zdvihnúť celú hmotu všetkého nad ním, a napriek tomu dosahol pomeru hmotnosti asi 10 a špecifického impulzu 263 sekúnd, čísla, ktoré ukazujú, prečo inžinieri pokračujú v hľadaní najľahšieho možného stupňa, ktorý drží pohromade.
Vytlačovanie každého joulu z výfuku
Suchá konštrukcia raketového motora, všetko čo zostáva po vyčerpaní pohonnej látky, je často len 5 až 20% celkovej štartovnej hmotnosti vozidla. Tento malý hardvér, nie palivo, ktoré nesie, je to, čo nakoniec dominuje nákladom raketového programu, pretože stavba tankov a motorov, ktoré sú ľahké aj silné, je oveľa ťažšie ako ich naplnenie pohonnou látkou.
Dosiahnutie maximálneho z tohto hardvéru sa scvrkáva na trysku. Raketové trysky používajú takmer adiabatické tvary s vysokým pomerom expanzie, ktoré chladí a zrýchľujú výfuková plyn, čím dosahuje energetickej účinnosti až do 70%. Voľba paliva je tiež dôležitá: vodík a kyslík spolu poskytujú najvyšší špecifický impulz akéhokoľvek chemického paliva v použití, ale hustota vodíka je iba asi jedna štvrtina vody, preto motory, ktoré ho spaľujú, potrebujú väčšie, ťažšie turbopumpy, ktoré znižujú pomer ťahu k hmotnosti, kompromis viditeľný pri porovnaní motora ako RS-25 s hustejšou palivovou konštrukciou ako NK-33.
Žiadny z týchto kompromisov nezmizel počas storočia raketotechniky. Každé spustenie je stále vyjednávanie medzi tým, koľko mŕtvej váhy môže vozidlo zhodiť, ako efektívne môže tryska tvarovať výfuk a ako husto sa palivo odvažuje spaľovať, rovnaké kompromisy, ktoré čínsky arzenálny dôstojník a ruský školský učiteľ už dlhý čas obchádzali, predtým ako vôbec niekto z nich dostal meno v angličtine.