După cum am învățat cu toții la orele de istorie, praful de pușcă a fost inventat în China antică. Totuși este mai puțin cunoscut faptul că descoperirea „prafului negru” a fost accidentală. Alchimiștii taoiști căutau de fapt o poțiune magică care să-i asigure celui care o bea viața fără de moarte – imortalitatea.
Oricine ar fi făcut vreun foc într-o vatră care să conțină pietre cu salpetru în compoziția lor, ar fi observat o creștere serioasă a combustiei. Probabil că primii chinezi care au pățit-o s-au și speriat de vreun demon imaginar care ar fi sălășluit în blestematele pietre. Dar, cum o poțiune preparată cu o doză mare de salpetru n-a provocat primilor băutori ai ei decât zdravene dureri de stomac și nicidecum imortalitatea, chinezii au început să-i folosească adevăratul potențial.
Nu se știe exact când a apărut prima rachetă, dar, de la praful de pușcă până la o observație simplă, cea că praful ar putea folosi la propulsia oricărui obiect, fie el și neaerodinamic, n-ar fi fost un pas mult prea mare. Dacă așezi măcar câteva grame de praf de pușcă într-unul dintre capetele unui obiect și îi dai foc, sigur vei observa că obiectul se va urni în direcția opusă, principiul de bază al funcționării chiar și celei mai moderne rachete din ziua de astăzi.
Racheta în luptă
Prima atestare documentară a folosirii rachetei apare în anul 1232, într-o bătălie dintre chinezi și mongoli de la Kai Feng Fu. Totuși, se bănuiește că existau săgeți rachetă cu mult înainte. În cartea Wujing Zongyao (Colecție a celor mai importante tehnici militare), scrisă în 1044, apare chiar o schiță a unui lansator de săgeți-rachetă care era purtat cu ajutorul unei roabe.
În lansatorul din lemn, de formă paralelipiledică erau așezate separat mai multe săgeți-rachetă. Săgețile aveau montată în partea din față o mică încărcătură cu praf de pușcă și fitil pentru propulsia săgeții.
De asemenea, în cartea respectivă apăreau pentru prima dată în istorie mai multe formule pentru soluțiile de praf de pușcă ce conțineau salpetru, sulf și cărbune, împreună cu alte ingrediente.
Rachetele, ba chiar și grenadele nu i-au ajutat foarte mult pe chinezi, care au fost până la urmă cuceriți de hoarda mongolă. Mongolii sunt de asemenea responsabili pentru răspândirea tehnologiilor militare care aveau la bază praful de pușcă în Orientul Mijlociu.
În Vest, compoziția prafului de pușcă apărea abia în 1267, într-un document scris de filosoful englez Roger Bacon. Însă rachetele au fost folosite ca arme în Vest mult mai târziu, în Războaiele Napoleoniene din 1803–1815, de către englezi. Rachetele erau dezvoltate și produse de Sir William Congreve, iar respectivele rachete aveau să fie botezate chiar rachete Congreve.
Totuși, meritul nobilului englez nu este chiar atât de mare pentru că de fapt, designul rachetelor sale era unul aproape identic cu al celor inventate de Tipu Sultan și de tatăl său, Hyder Ali, conducătorii regatului indian Mysore. În luptele din al doilea, al treilea și al patrulea război anglo-mysorean, desfășurate între 1780 și 1799, indienii i-au atacat pe englezi în mod susținut cu rachete din fier, legate de tije lungi, din bambus. Acestea erau formate din tuburi din fier, care erau umplute cu praf de pușcă și puteau zbura la aproximativ 900 m depărtare.
Un ofițer englez pe nume Bayly descrie urgia dezlănțuită în războiul anglo-mysorean, relevând un tablou extrem de sângeros al bătăliilor în care erau folosite rachete:
Eram atât de nenorociți de băieții cu rachete încât nu ne puteam mișca deloc fără a fi puși în pericol de rachetele distructive […] Rachetele și muschetele de la cei 20.000 de inamici bubuiau neîncetat. Nicio grindină nu putea fi mai deasă. Fiecare lumină albastră era acompaniată de o ploaie de rachete, unele dintre ele intrând din capătul coloanei și traversând până în spate, producând moarte, răni și sfâșieri îngrozitoare din cauza tijelor de bambus de 6-9 m lungime, invariabil atașate de acestea
O dezvoltare ulterioară a acestora de către indieni a dus la montarea unor „aripi” din fier pe tija de bambus. Acestea dezechilibrau traiectoria rachetei pe ultimii metri, iar tija de bambus căpăta o mișcare haotică. Rezultatul era că nu numai racheta provoca daune, ci și aripile metalice care sfâșiau totul în jurul lor.
Pe 2 mai 1799, într-un atac al Seringapatamului, o lovitură a englezilor a lovit magazia plină cu rachete a lui Tipu Sultan care a explodat spectaculos, provocând daune uriașe indienilor. Două zile mai târziu, în atacul final, armata indiană nu a mai putut ține piept asaltului englez. După atac au fost găsite 600 de lansatoare, 700 de rachete armate și 9.000 de rachete goale. Unele dintre rachete aveau cilindri găuriți pentru a folosi drept rachete incendiare.
Bineînțeles, câteva dintre rachete au ajuns în Anglia, la Woolwich, acolo unde tatăl lui Sir William Congreve era Comptroller al arsenalului regal. În 1804, Congreve începea, cu resurse proprii, să cerceteze și să dezvolte propriile rachete cu combustibil solid, dar în primele experimente, acestea puteau zbura maximum 550 m. Știa că performanțele rachetelor indiene erau mult mai mari, așa că a investit mult mai mult în dezvoltare și în scurt timp a reușit să creeze o rachetă care putea ajunge la aproximativ 1.400 m.
Englezul a înțeles perfect că trebuie să existe un raport foarte echilibrat între greutatea rachetei, cantitatea de combustibil și rezistența tubului rachetei. Până la urmă, Congreve a reușit să producă o rachetă cu greutatea de 14,5 kg care a reușit să ajungă la 2.743 m, o performanță mult mai mare decât cea a rachetelor indiene. Congreve a înregistrat două patente de rachete și a scris nu mai puțin de trei cărți în acest domeniu.
Desigur, experimentele au fost încununate de succes, iar în 1813 existau deja trei clase de rachete: rachete grele, care aveau carcase explozive de 136 kg legate de tije de 7-8 m lungime; rachete medii, cu carcase de 10-19 kg și tije de 4,5 – 6 m lungime; rachete ușoare, cu carcase de 2,7-8 kg și tije de 2,4 – 4,2 m lungime.
Problema era că rachetele nu aveau ghidaje și nu li se aplica o mișcare de rotație (spin), așa că erau pur și simplu de necontrolat. La rachetele grele, care aveau scop de incendiere și bombardament la distanță, precizia nu era neapărat necesară. De asemenea, rachetele ușoare, care erau folosite de obicei la distanțe mici, erau lansate la unghiuri mici, direct către inamic, așa că iar nu prea conta precizia.
Marea problemă era cu rachetele de rază și greutate medie. Capitanul Mercer al G Troop Royal Horse Artillery povestește în detaliu despre folosirea acestor rachete în timpul retragerii de la Quatre Bras de pe 17 iunie 1815 – vă puteți imagina frustrarea unor conducători de armată în fața unei asemenea „trădări” mișelești:
Specialiștii în rachete au așezat un mic triunghi metalic pe drum cu o rachetă montată pe el. Ordinul de foc a fost dat – focul a fost aplicat la fitil –, iar racheta zvăpăiată a început să scuipe scântei și să-și agite coada pentru una sau două secunde și apoi a țâșnit înainte. Un tun îi stătea în față, racheta îl lovește chiar între roți, iar tunarii sunt aruncați în stânga și dreapta. Specialiștii noștri în rachete continuă să lanseze rachete, dar niciuna nu urmează traiectoria primeia; majoritatea dintre ele, când se aflau la mijlocul traiectoriei ascendente urmau o direcție verticală, în timp ce unele chiar s-au întors spre noi, iar una dintre acestea m-a urmărit ironic până ce carcasa i-a explodat, punându-mă în mai mult pericol decât tot focul inamicului din toată ziua
Totuși, rachetele și-au găsit o utilizare mult mai eficientă în bătăliile navale din timpul războaielor Napoleoniene. Englezii au adaptat două nave, HMS Galgo și HMS Erebus special pentru lansarea rachetelor.
Pe 8-9 octombrie, comodorul Edward Owen ataca flotila franceză la Boulogne. Căpitanul William Jackson de pe nava Musquito conducea navele care trăgeau cu rachete Congreve de 15 kg. La înserare, 24 de platforme plutitoare înzestrate cu rachete au fost așezate în linie și au lansat 2.000 de proiectile în Boulogne.
Barajul de foc a durat doar 30 minute și nu a avut un efect atât de puternic, în afara unor incendii provocate în oraș. Totuși, efectul i-a convins pe englezi care au continuat să folosească rachete și cu alte ocazii. În 1807, englezii au lansat peste 14.000 de proiectile sub formă de grenade, bombe și rachete pentru asediul orașului Copenhaga.
Rachetele Congreve fac parte chiar și din imnul SUA! Al cincilea vers din prima strofă, „And the rockets’ red glare, the bombs bursting in air” (Și strălucirea roșiatică a rachetelor, bombele explodând în aer), este inspirat din bombardamentul fortului McHenry de către englezi în 1814. Atunci, HMS Erebus a lansat mai multe rachete din bateria special instalată sub puntea principală. Acestea ieșeau prin orificii tăiate pe părțile laterale ale navei.
După cum spuneam anterior, precizia rachetelor era aproape inexistentă. De fapt, singurul lucru care le păstra cât de cât traiectoria era tocmai bățul de care erau legate. Totul avea să se schimbe în 1844, când inventatorul englez William Hale a eliminat acel băț, dar a adăugat un element crucial pentru precizia rachetei: niște orificii tăiate oblic, plasate în spatele camerei de combustie. Acestea produceau o mișcare de rotație a rachetei în jurul propriei axe, exact ca un glonț ieșit dintr-o țeavă ghintuită, obținându-se o stabilitate mult mai mare în aer și o traiectorie mult mai precisă, dar și distanțe de lansare mai mari.
Primele rachete Hale au fost utilizate de armata SUA în războiul mexicano-american dintre anii 1846 și 1848. Și britanicii au experimentat rachetele Hale în războiul Crimeei, dar nu le-au adoptat decât mult mai târziu, în 1867.
Primele idei SF… sau mai puțin SF
Dacă până la sfârșitul secolului al XIX-lea rachetele au fost privite doar ca arme, textele pline de imaginație ale unor scriitori precum Jules Verne și H.G.Wells au plantat în mințile oamenilor de știință o nouă sămânță cu potențial extraordinar. Ce-ar fi dacă rachetele ne-ar putea purta în spațiul cosmic?
La urma urmei, observațiile lansării unei rachete erau la fel de specializate ca cele ale unui copil mic în ziua de astăzi. Racheta dispărea pur și simplu din câmpul vizual în sus, către stelele care păreau atât de aproape. Scriitorii ignorau gravitația, frecarea cu aerul, vidul cosmic, lipsa aerului în spațiu și inițiau călătorii fantastice către Lună și către cele mai îndepărtate planete în cel mai firesc mod cu putință. Totuși, oamenii de știință începeau să ia lucrurile în serios.
În 1903, profesorul de matematică rus Konstantin Tsiolkovsky publica prima lucrare științifică despre călătoria spațială: Explorarea spațiului cosmic cu ajutorul dispozitivelor cu reacție. Principiul care guvernează propulsia rachetelor este denumit în onoarea rusului Ecuația Tsiolkovsky, chiar dacă aceasta a fost descoperită anterior. Matematicianul rus era adeptul folosirii hidrogenului lichid și a oxigenului drept combustibili și a calculat viteza lor maximă de evacuare. Lucrarea lui a inspirat ulterioarele cercetări și experimente și a dus la formarea Societății de Studii a Călătoriei Interplanetare în 1924.
În 1913, Robert Esnault-Pelterie, care deja era un pilot de planoare experimentat, publica o prelegere despre teorii în domeniul rachetei și despre călătoria interplanetară. A derivat ecuația lui Tsiolkovsky, a făcut calcule primare ale energiei necesare pentru a face călătorii dus-întors până la Lună și alte planete și a propus folosirea puterii atomice pentru a alimenta un motor cu reacție.
În 1912, Robert Goddard, fiind inspirat din fragedă pruncie de H.G.Wells, a început să facă o analiză serioasă a rachetelor, concluzionând cu faptul că rachetele convenționale, cu combustibil solid, trebuie să fie îmbunătățite în trei direcții. În primul rând, combustibilul ar trebui să fie ars într-o cameră de combustie mai mică în loc să se construiască un întreg container pentru agentul de propulsie care să reziste la presiuni mari. În al doilea rând, el susținea că rachetele trebuie organizate în trepte. În al treilea rând, viteza de evacuare ar putea fi îmbunătățită dincolo de viteza sunetului folosind o țeavă de evacuare De Laval.
Aceasta fusese inventată de inventatorul suedez Gustaf de Laval în 1888 pentru a fi folosită la o turbină cu aburi și este folosită și acum la rachete. Acest tub de evacuare are forma unei clepsidre asimetrice și folosește la accelerarea unui gaz încins, presurizat care trece prin tub la o viteză supersonică. Practic, acest sistem de evacuare permite transformarea energiei termice care propulsează fluxul de gaz să fie trasformată direct în energie cinetică.
În 1920, Goddard a publicat aceste idei și rezultatele experimentale în lucrarea O metodă pentru a ajunge la altitudini extreme. Aceasta includea și remarci despre trimiterea unei rachete cu combustibil solid pe Lună, lucru care a atras atenția imediat ca fiind un lucru extraordinar sau ridicol de către marele public – cel mai bun exemplu, editorialul din ediția din 13 ianuarie 1920 a New York Times:
Acel Profesor Goddard cu „catedra” în Clark College și încuviințarea Smithsonian Institution nu cunoaște relația dintre acțiune și reacțiune și nici nevoia de a avea ceva mai bun decât vacuumul împotriva căruia să reacționezi – să spui așa ceva ar fi absurd. Desigur, se pare că îi lipsesc doar cunoștințele predate zilnic în liceu
În 1923, celebrul om de știință român Hermann Oberth (s-a născut pe 25 iunie 1894 la Sibiu) publica lucrarea Racheta în spațiul planetar, o versiune a tezei lui de doctorat pe care Universitatea din Munchen a respins-o. Hermann Oberth a fost mentorul lui von Braun, creatorul rachetei V-2. Iată ce spunea inginerul german despre compatriotul nostru:
Hermann Oberth a fost primul care se gândea la posibilitatea călătoriei în spațiu cu ajutorul unei navete spațiale și prezenta concepte și designuri analizate matematice… Eu personal îi datorez nu numai steaua călăuzitoare a vieții mele, ci și primul meu contact cu aspectele teoretice și practice ale rachetelor și a călătoriei spațiale. Ar trebui să-i fie rezervat un loc de onoare în istoria științei și tehnologiei pentru contribuțiile sale extraordinare în domeniul astronauticii
Racheta modernă
Momentul nașterii rachetei moderne a fost considerat a fi cel în care Robert Goddard a lansat prima rachetă cu combustibil lichid din lume la Auburn, în Massachusetts pe 16 martie 1926. Goddard montase rachetei un sistem de evacuare De Laval, mărind puterea de reacție de peste două ori și mărind eficiența motorului de la 2% la 64%!
În anii ’20 au apărut mai multe organizații de cercetare a rachetelor, iar în 1927 producătorul de automobile Opel a început de asemenea cercetarea în acest domeniu. Între 1931 și 1937 și Uniunea Sovietică derula programe de cercetare a rachetelor, iar laboratorul condus de Valentin Glushko a produs peste 100 de motoare experimentale. Totuși, în 1938 Glushco era arestat de guvernul stalinist care în acea perioadă ducea o campanie de epurare a intelectualității, iar cercetările s-au oprit.
În anii ’30, Reichswehr-ul german, care în 1935 a devenit Wermacht, a început să prezinte interes pentru tehnologia rachetelor. Tratatul de la Versailles le interzicea germanilor accesul la arme cu rază lungă de acțiune așa că totul trebuia făcut în secret. Wernher von Braun și încă doi alți tineri entuziaști în știința rachetelor au fost recrutați de armată și au început cercetările pentru dezvoltarea de rachete de rază lungă pentru Germania nazistă.
După recomandările și cerințele lui von Braun, naziștii au alocat fonduri uriașe pentru dezvoltarea unei rachete capabile să ajungă direct în „ograda” englezilor, iar întreaga poveste, de la construcția stației de cercetare și până la producția celebrei rachete V-2, prima rachetă balistică din lume, este extrem de savuroasă, făcând subiectul multor documentare și filme de-a lungul anilor.
În 1943, în Germania începea producția rachetei V-2 în vestitul centru de cercetare Peenemunde. Aceasta avea o rază operațională de 300 km și transporta un focos de o tonă cu amatol (o combinație de TNT și nitrat de amoniu) ca încărcătură explozivă. Altitudinea operațională maximă a rachetei era de aproximativ 90 km, dar ar fi putut atinge o altitudine de 206 km dacă ar fi fost lansată vertical.
Racheta denumită tehnic A-4 folosea drept combustibil o soluție de etanol și apă în proporție de 74% și oxigen lichid ca oxidant. Aceasta era propulsată de propriul motor timp de 65 de secunde, timp în care un motor programat controla înclinarea rachetei la un unghi dinainte stabilit. Racheta ajungea la o altitudine de aproximativ 80 km, iar motorul se oprea, moment în care aceasta intra pe o traiectorie balistică până la țintă.
Programele de dezvoltare a rachetei la aliați erau aproape inexistente. Doar rachetele neghidate ale sovieticilor puteau fi luate în calcul. Celebrele lansatoare Katiușa sau „Orgile lui Stalin” erau montate de obicei pe camioane, fiind foarte ușor de transportat și operat, iar rachetele în sine erau extrem de ieftine. Nu erau foarte precise, dar aveau un factor extrem de mare de intimidare al inamicului. La urma urmei, porecla de orgi ale lui Stalin venise chiar de la soldații germani înebuniți de sunetul specific al rachetelor. Culmea este că rachetele RS-132 încărcate în Katiușa erau de fapt aceleași rachete montate pe avioanele de vânătoare rusești.
În iunie 1938, Institutul de Cercetare a Propulsiei cu Reacție din Leningrad a fost autorizat să producă un lansator multiplu pentru rachetele RS-132. Acronimul RS vine de la Reaktivnii Snaryad, adică proiectil propulsat cu rachetă. Prima Katiușa era finalizată în august 1939 și se numea BM-13.
Racheta după cel de-al doilea război mondial
După război, prima grijă a marilor puteri a fost cea de a captura cât mai mult din tehnologia germanilor, iar aici americanii au avut cel mai mult succes. Practic, aproape toată echipa din programul Peenemunde a fost capturată de americani (inclusiv „piesa” centrală, von Braun) și adusă în SUA ca parte a operațiunii Overcast.
Toți inginerii naziști care aveau cunoștințe tehnologice avansate au fost exonerați de orice acuzații și primiți cu covor roșu pentru a lucra în favoarea americanilor, o controversă care naște și acum discuții aprinse.
Cert este că echipa lui von Braun a dus la crearea primei rachete americane Redstone, folosită la începutul programului spațial. Nu știm ce s-ar fi întâmplat dacă ei nu ar fi fost cruțați, dar este foarte probabil ca aselenizarea să fi fost mult împinsă în timp prin pierderea unor cunoștințe atât de importante deținute de inginerul german.
Este, de asemenea, important de știut că și rușii capturaseră câțiva tehnicieni germani care lucraseră la proiectul nazist. De altfel, proiectul spațial al Uniunii Sovietice, condus de Sergei Korolev, a primit o infuzie de informație de la acești tehnicieni pentru a produce primele lor rachete, R-1, R-2 și R-5, care aveau ca punct de pornire tocmai racheta germană V-2. Totuși, la sfârșitul anilor 1940, designul german a fost abandonat, iar lucrătorii străini au fost trimiși acasă.
Valentin Glușko fusese eliberat și a început imediat să producă o nouă serie de motoare pe baza unor invenții ale lui Aleksei Mihailovici Isaev. Rezultatul acestei combinații a fost R-7 (Vostok), prima rachetă balistică intercontinentală care a fost folosită la lansarea primului satelit, Sputnik 1 și a purtat în spațiu primul om, Yuri Gagarin. R-7 are un design atât de eficient încât este folosită și acum.
Războiul rece dintre SUA și URSS a însemnat o evoluție uriașă a tehnologiei rachetei. După lansarea lui Sputnik, americanii au investit sume uriașe pentru a-i prinde din urmă pe ruși și pentru a duce primul echipaj pe Lună, iar seriile de rachete Atlas și Titan au reușit să implinească în final visul omenirii de a păși pe un alt corp ceresc.
Epilog
Acum, rachetele sunt extrem de sofisticate, cu sisteme de ghidaj extrem de precise, iar unele sunt chiar înzestrate cu sisteme de recuperare. În curând vom asista chiar și la primele zboruri de turism orbital cu ajutorul navetelor SpaceShipOne. Turismul spațial este un următor pas firesc pentru care rachetele sunt deocamdată indispensabile. Pur și simplu nu avem alte metode de a învinge gravitația.
