Explorarea Spațiului 7
Total Page：16
File Type：pdf, Size：1020Kb
Explorarea spațiului 7 CZU: 629.7(091) PRIMII PAȘI AI OMENIRII SPRE ALTE PLANETE 60 de ani de la primul zbor al omului în Cosmos dr. habil. Veaceslav URSACHI Academia de Științe a Moldovei email: [email protected] Rezumat: În legătură cu aniversarea a 60 de ani de la primul zbor al omului în Cosmos, este prezentată o scurtă retrospectivă a dezvoltării tehnologiilor spațiale, de la elaborarea conceptelor teoretice ale științei rachetelor la proiectele actuale de zboruri ale pământenilor spre alte planete. În mod special este analizată competiția dintre SUA și URSS pentru cucerirea spațiului cosmic și a Lunii. Sunt analizate caracteristicile tehnice ale unor rachete pentru plasarea de încărcături pe orbite circumterestre joase și dincolo de acestea, precum și ale unor sisteme rachetă – navă cosmică. Cuvinte cheie: rachetă, navă cosmică, orbită terestră joasă, forță de tracțiune a motorului, vehicul reutilizabil. Abstract: In relation with the 60th anniversary of the first flight of humans to the space, a retrospective is presented in this paper concerning the development of spatial technologies, starting from the first theoretical concepts of the rocket science and ending with the today's projects of launching humans to other planets. In particular, the competition between the USA and USSR for the first space flight and the human flight to the Moon are analyzed. The technical characteristics of rockets for placing payloads on the low earth orbit and beyond as well as those of the rocket-spaceship systems are discussed. Key words: rocket, spaceship, low earth orbit, engine thrust, reusable vehicle. Introducere Suntem la distanța de 60 de ani de la una dintre cele mai importante realizări în aspirațiile omenirii de a deveni o specie multiplanetară, de la primul zbor al unui om în spațiul cosmic. Acest eveniment ocupă un loc aparte în istoria dezvoltării tehnologiilor spațiale, dar nu este nici primul, nici ultimul în acest șir de evenimente. Omul visa la un zbor spre stele din cele mai timpurii etape ale dezvoltării sale ca specie înzestrată cu rațiune. Aceste aspirații au evoluat de la o stare spirituală la una rațională și de la o concepție fantastică, ilustrată în operele lui Jules Verne, la realizarea rațională a proiectelor tehnologice de ieșire din fântâna gravitației terestre. O primă etapă a acestor transformări o constituie dezvoltarea conceptelor teoretice ale științei astronauticii și rachetelor, formulate de profesorul rus Konstantin Țiolkovski [1-4], francezul Robert Esnault-Pelterie [5], americanul Robert Goddard [6-10] și Hermann Oberth [11-12], născut la Sibiu în anul 1894. Hermann Oberth și epoca Peenemünde La timpul respectiv, ideile teoretice erau considerate a fi utopice, percepție demonstrată prin respingerea lucrării de licență legată de știința rachetelor a studentului Hermann Oberth la Universitatea din Heidelberg în anul 1912. Oberth nu a pierdut timpul pentru a convinge opinia publică despre perspectivele ideilor sale, comparând sistemul de învățământ al vremii cu o mașină cu farurile fixate în spate. Și-a susținută teza sa de licență un an mai târziu la Universitatea din Cluj, publicând totodată și cartea „Rachetă spre spaţiile interplanetare” [11], în care propunea, printre alte idei, realizarea unei stații orbitale permanente. Lucrările sale teoretice erau însoțite si de proiecte practice. În toamna anului 1929, Hermann Oberth a lansat prima sa FIZICA ŞI TEHNOLOGIILE MODERNE, vol. 19, nr. 1-2 (73-74), 2021 8 Explorarea spațiului rachetă cu combustibil lichid, numită Kegeldüse, fiind asistat în experimente de către studenți de la Universitatea Tehnică din Berlin, printre care era și Werner von Braun. Deși nu pot fi neglijate proiectele teoretice anterioare, bazele tehnologiilor spațiale au fost puse în laboratoarele de la Peenemünde din Germania, unde Werner von Braun a construit racheta cu denumirea Agregat 4 (A4), sau Vergeltungswaffen 2 (V-2). Trebuie să menționăm că la dezvoltarea acestei rachete s-au folosit circa o sută dintre invențiile și recomandările lui Hermann Oberth. Primul zbor suborbital al rachetei V-2 a avut loc la Peenemünde, în 1944, racheta atingând altitudinea de 188 km la lansare verticală cu o încărcătură de 0,8 tone. Anume acest aparat de zbor a fost prototipul rachetelor balistice, elaborate ulterior în SUA și URSS. Este de menționat că aceste lucrări au fost efectuate în condițiile celui de-al treilea Reich. Politicul, în esență, a fost mereu un obstacol în calea lucrărilor îndreptate spre atingerea scopului savanților și inginerilor de a realiza zboruri spre alte planete. Astfel, Hitler era interesat doar de dezvoltarea armelor de distrugere și a capacităților de a transporta spre America focoase, inclusiv nucleare, în curs de elaborare la acel moment în cel de-al treilea Reich. Pe de altă parte, chiar în acea perioadă aspirațiile genialului constructor von Braun ținteau mult mai departe. Proiectele A-9/A- 10 urmăreau dezvoltarea rachetelor cu două trepte lansate la o altitudine de 400 km și o distanță de zbor de până la 5000 km. Totodată era în curs de proiectare o rachetă cu patru trepte A-9/A- 10/A-11/A-12 având capacitatea de a plasa 10 tone pe orbită terestră joasă. Racheta (în proiect) avea o înălțime totală de 70 m, un diametru de 11 m și era propulsată de 50 de motoare A10 cu o forță totală de tracțiune de circa 80 MN. Desigur, acestea nu erau decât niște schițe de proiect departe de realizare, dar ele reflectau viziunile constructorului. Oricum, construcția și testarea practică a rachetei V-2 au marcat primele mari realizări în dezvoltarea aparatelor cosmice de zbor, care au stat la originea competiției dintre cele două mari puteri în perioada postbelică, Uniunea Sovietică a obținut accesul la documentația tehnică a lucrărilor de dezvoltare a rachetelor și specimenele rachetelor de la Peenemünde, precum și experiența unei echipe de ingineri, iar Statele Unite au beneficiat de experiența constructorului Werner von Braun și a altei echipe de ingineri. Epoca Koroliov în cucerirea spațiului cosmic Aparent, Statele Unite ale Americii aveau un mare avantaj, dar implicarea politicului a inversat lucrurile. Werner von Braun era puternic limitat în acțiunile sale, din motivul legăturii sale din trecut cu naziștii. Uniunea Sovietică, beneficiind de această situație, a forțat la maximum lucrările. În Uniunea Sovietică, cercetările în acest domeniu au început, de fapt, în anii 30 ai secolului XX, în Laboratorul de Hidrodinamică (ГДЛ) și Grupul de Cercetare a Mișcării Reactive (ГИРД), fiind continuate la Institutul de Cercetări Reactive al Armatei Roșii (РНИИ РККА), fondat prin ordinul mareșalului Tuhacevsky. Viitorii constructori celebri, S. P. Koroliov, în calitate de constructor principal de rachete, și V. P. Glușko, în calitate de constructor de motoare reactive, au beneficiat din plin de proiectele și lucrările de la Peenemünde, ajungând în final, după o serie de rachete R1-R6, la performanta rachetă R7, dotată cu 4 motoare RD-107 în prima treaptă și cu un motor RD-108 în treapta a doua, fiecare dintre aceste motoare având o construcție excepțională cu patru camere și o forță de tracțiune de 80 tone forță (tf) la nivelul mării. Primul satelit artificial al Pământului, la 4 octombrie 1957, și prima navă cosmică – Vostok 1, cu Iury Gagarin la bord, la 12 aprilie 1961, au fost lansate cu racheta R7. Astfel, americanii au pierdut prima fază a competiției în cucerirea spațiului cosmic, primul astronaut american Alan Shepard efectuând un zbor suborbital la 5 mai 1961, urmat de zborul orbital al astronautului John Glenn la 20 februarie 1962. FIZICA ŞI TEHNOLOGIILE MODERNE, vol. 19, nr. 1-2 (73-74), 2021 Explorarea spațiului 9 De fapt, toate misiunile pilotate în URSS și Rusia au fost lansate cu racheta R7 și modificațiile ulterioare, inclusiv navele cosmice Vostok (1961–1963), Voshod (1964–1965), Soyuz (1966–1976) și modificațiile mai moderne Soyuz-U (1973–2017), Soyuz-U2 (1982–1993) și Soyuz-FG (2004–prezent). Cu aceste aparate de zbor au fost transportați spre Stația Spațială Internațională și astronauții americani după suspendarea programului Space Shuttle în 2011. Epoca von Braun și cucerirea Lunii Următorul mare salt al omenirii în explorarea spațiului cosmic a fost realizat de Statele Unite ale Americii prin lansarea navelor spațiale spre Lună și prima aselenizare a pământenilor. După pierderea cursei pentru lansarea primului om în cosmos, establishment-ul politic american i-a dat undă verde lui Werner von Braun, care și-a demonstrat din plin geniul de constructor prin dezvoltarea rachetei Saturn V – cea mai puternică rachetă construită vreodată de omenire. Această rachetă avea o forță de tracțiune de zece ori mai mare decât cea a rachetei R7 (4000 tf contra 400 tf). Forța de tracțiune a rachetei Saturn V era asigurată de 5 motoare Rocketdyne F-1. Compania Rocketdyne a reușit stabilizarea arderii combustibilului (kerosen RP- 1 cu oxigen lichid ca oxidant) într-o cameră de motor gigantică (dimensiunile motorului: 5,6 m lungime și 3,7 m în diametru), obținând o tracțiune de cca 700 tf la nivelul mării într-o singură cameră (a se compara cu tracțiunea motorului RD-107 de 80 tf în 4 camere). Având la dispoziție un astfel de motor și, în plus, motorul Rocketdyne J-2, cu funcționare pe bază de combustibil de hidrogen lichid cu oxigen lichid în calitate de oxidant, cu o tracțiune de 100 tf într-o cameră, pentru treapta a doua a rachetei, von Braun a configurat racheta sa elegantă Saturn V în 3 trepte, cu 5 acceleratoare (boostere) Rocketdyne F-1 în prima treaptă, 5 motoare Rocketdyne J-2 în treapta a doua și cu un motor Rocketdyne J-2 în treapta a treia. Boosterele rachetei aveau capacitatea de a plasa 140 t pe orbită terestră joasă și o injecție trans-lunară de 50 t. După o serie de lansări ale rachetei Saturn V cu diferite configurații ale navei cosmice Apollo, misiunea Apollo 11 a realizat obiectivul președintelui SUA John F.