Wyścig kosmiczny cz. 2. Sputnik

Poprzedni odcinek o wyścigu kosmicznym zakończyliśmy, gdy Rosjanie wysłali w kosmos pierwszego sztucznego satelitę o nazwie Sputnik I. Dziś pora wyjaśnić, jaka dokładniej prowadziła do tego droga, i co było dalej.

Inspiracje niemieckie

Pisałem ostatnio o tym, jak Siergiej Korolov kopiował niemiecką rakietę V2. Efekt tej podróbki ochrzczono mianem R1. Była to jednostopniowa rakieta, zdolna przenieść kilkusetkilogramową głowicę na odległość do 270 kilometrów. Niestety, cechowała ją dość wysoka zawodność oraz niska celność. Ładunek wybuchowy lądował w promieniu kilku kilometrów od założonego celu. Alternatywą było wyposażenie jej w aparaturę badawczą – w ten sposób zwiedzała górne partie atmosfery, badając jej skład czy docierające do niej promieniowanie kosmiczne. Jednak ze względu na swoje ograniczenia, choć weszła do użytku wojskowego, szybko zaczęto prace nad jej następcą. Było to możliwe dzięki doświadczeniu, wiedzy i technice opracowanej przy produkcji R1.

Rakieta-następca, w przypływie wojskowej kreatywności, została nazwana R2. Pracował nad nią ten sam Główny Konstruktor. Co ciekawe, tak właśnie był on znany publicznie. Ze względów bezpieczeństwa organy państwowe zdecydowały się nie podawać do publicznej wiadomości jego imienia, nazwiska czy nawet wizerunku. Miało go to zabezpieczyć przed próbami zamachu prowadzonymi przez imperialistów, jak zawsze starających się wetknąć kij w szprychy sowieckiego raju… Ale ja nie o tym miałem. W każdym razie przykrywka była tak skuteczna, że Wernher von Braun przez wiele lat sądził, że konkurował z całą grupą ludzi, a nie jednym wizjonerem. Ba, jego nazwiska nie znali nawet wszyscy współpracujący z nim kosmonauci!

Kolejna rakieta

Zajmijmy się jednak rakietą R2. Był to kolejny krok w kierunku rakiet kosmicznych takich, jakimi znamy je dziś. Przede wszystkim, w odróżnieniu od swojej poprzedniczki, która przez cały czas leciała w jednym kawałku, R2 miała oddzielaną głowicę. Innymi słowy, profil lotu wyglądał tak, że rakieta w całości leciała w górę, a następnie, przed wejściem w atmosferę, od głównej części rakiety oddzielała się głowica, która wracała już niezależnie. Pozwoliło to uniknąć problemów z wytrzymałością kadłuba rakiety, które były jedną z podstawowych przyczyn porażek testów R1. Poza tym, dalszy rozwój tej idei pozwolił w przyszłości na zastosowanie rakiet z wieloma, niezależnie celowanymi głowicami… Oraz na pozostawienie w kosmosie satelity, a nawet kilku(dziesięciu).

Ale do tego jeszcze kawał drogi przed nami. Wróćmy jednak do samej rakiety. Cięższa o połowę, miała dwukrotnie większy zasięg od swojej poprzedniczki, zachowując przy tym tę samą celność. Jak rosyjscy inżynierowie osiągnęli taką poprawę zasięgu? Częściowo zmieniając paliwo. W V2 oraz R1 silniki spalały 75% roztwór wodny etanolu z ciekłym tlenem. W R2 ciekły tlen został, ale zamiast 75% alkoholu silniki wykorzystywały roztwór 96%. Przy okazji “zamieniono” etanol na metanol – może nie wpłynęło to jakoś drastycznie na osiągi, ale za to zahamowało podkradanie paliwa rakietowego przez żołnierzy obsługujących wyrzutnie…

Konflikt interesów

Jednak możliwości R2 to wciąż było zdecydowanie za mało, zwłaszcza że – jak już pisałem – przed Korolowem postawiono zadanie skonstruowania rakiety, która mogłaby przenieść głowicę nuklearną, znacząco cięższą od konwencjonalnych. I tak powstawały projekty kolejnych rakiet, coraz większych i cięższych, o coraz większym zasięgu i udźwigu. Były to: R3, nigdy niedoprowadzona do końca oraz R5, pierwsza radziecka rakieta przenosząca broń jądrową, mogąca razić znaczącą część Europy… Ale Korolow wciąż chciał wysyłać w kosmos statki kosmiczne. Marzył mu się sztuczny satelita – Sputnik. Natomiast radziecki rząd wciąż chciał być w stanie wysłać jądrową niespodziankę do Stanów. I nawet wstąpienie Korolowa do partii w latach pięćdziesiątych nie pomogło mu zmienić nastawienia jego przełożonych.

I tak wreszcie dochodzimy do najważniejszego, najsłynniejszego dzieła Głównego Konstruktora: R7 Semiorka¹Czyli – po rosyjsku – siódemka. Korolov zastosował tam rozwiązanie, będące rozwinięciem idei oddzielanej głowicy. Skoro można oddzielić głowicę, to dlaczego by nie odrzucić również innych, niepotrzebnych już, części rakiety w trakcie lotu? A po co w ogóle mielibyśmy je odrzucać? Odpowiedź znajdziecie w naszym artykule na temat równania Ciołkowskiego.

Jeśli już się z nim zapoznaliście, to wiecie, że jeden z problemów z rakietami polega na tym, że duża część ich energii jest zużywana na rozpędzanie elementów, które w danym momencie są niepotrzebne. Na początku w rakiecie jest dużo paliwa – część z niego zużywa się na wynoszenie w górę paliwa, które będzie potrzebne za chwilę. Z drugiej strony, po zużyciu dużej części paliwa w rakiecie zostają duże, puste zbiorniki. Silnik też zwykle jest na tym etapie mocniejszy, niż potrzeba. Przecież rakieta jest już dużo lżejsza, najgęstsze partie atmosfery też ma już za sobą. Nie potrzebuje więc tak dużego ciągu, żeby wygenerować przyspieszenie. Ba, silnik zoptymalizowany do pracy w atmosferze często jest dużo mniej efektywny w próżni… Te problemy można rozwiązać, pozbywając się części zbiorników i silników w trakcie lotu.

Krzyż Korolowa

I to właśnie wprowadził Korolow w swojej rakiecie. Do “głównej” części rakiety przymocowane były cztery dodatkowe, boczne boostery. Przy starcie odpalane były wszystkie silniki. Razem napędzały rakietę przez dwie minuty. Następnie pozbawione już paliwa i tlenu boostery odpadały od rakiety, wraz ze swoimi czterema silnikami zasadnicznymi i ośmioma małymi silnikami dodatkowymi, pozwalającymi rakiecie manewrować. Dalej działał już tylko jeden silnik główny i cztery dodatkowe w członie centralnym. A boostery, oddzielając się, odlatywały od rakiety na cztery strony, tworząc na niebie piękny, regularny krzyż – na cześć Głównego Konstruktora, zwany dziś Krzyżem Korolewa.

Co ciekawe, silniki do rakiety R7 zaprojektował niejaki Walentin Głuszko, podejrzewany o zadenuncjowanie Korolowa. Jego silniki, zamiast alkoholu, spalały kerozynę, czyli wysoko rafinowane paliwo lotnicze. Za utleniacz robił – jak zwykle – ciekły tlen. W sumie rakieta była w stanie przenieść pięciotonową głowicę na odległość przeszło 8 tysięcy kilometrów. Ale Korolowowi dalej marzył się kosmos… I w końcu jego marzenie miało się spełnić.

Na orbitę!

Jak do tego doszło? Nie wiadomo. Może do przekonania władz wystarczyła oficjalna korespondencja Korolowa z radzieckim ministrem obrony. Być może udało mu się przekonać pierwszego sekretarza, Nikitę Chruszczowa, gdy ten odwiedził jego instytut. A być może ostatecznym impulsem była wygłoszona w 1955 roku zapowiedź prezydenta Eisenhowera. Oznajmił on, że w 1957 roku, ogłoszonym Rokiem Geofizyki, USA wyśle w kosmos swojego satelitę badawczego. Dość powiedzieć, że w końcu, po latach proszenia i przekonywania, Korolow dostał zgodę na wysłanie na orbitę kilkusetkilogramowego satelity badawczego. Jeden warunek: rakieta miała najpierw odbyć dwa udane loty testowe.

A z tym nie było tak wesoło. Pierwsza próba jej odpalenia zakończyła się wybuchem w locie z powodu pożaru boostera. Druga nie wystartowała wcale – przyczyną był błąd podczas składania rakiety z podzespołów. Trzecia tuż po starcie zaczęła w niekontrolowany sposób obracać się wokół własnej osi, i chwilę później rozbiła się. Na tym etapie władze radzieckie były już na granicy cierpliwości. Korolow miał dostać ultimatum: albo następny star będzie udany, albo jego projekt idzie na boczną półkę, a zlecenie na zaprojektowanie i budowę rakiety dostanie inne biuro konstrukcyjne.

Ale nie było takiej potrzeby. Kolejne dwa starty były całkowicie udane – od strony rakiety. Tym, co zawiodło, była głowica, która uległa dezintegracji podczas ponownego wejścia w atmosferę. W związku z tym głowice trzeba było przeprojektować… A kolejne gotowe rakiety schodziły z linii produkcyjnej. To stworzyło możliwość przeznaczenia nawet kilku rakiet na potrzeby problemu kosmicznego. Okazało się jednak, że silniki mają odrobinę (ok. 2%) niższą moc niż ta, na którą zostały zaprojektowane. I na której podstawie obliczano maksymalną wagę satelity.

Sputnik – terapia odchudzająca

“Ale o co chodzi?”, zapytacie może. “Przecież to niewielka różnica, a rakieta miała przenosić pięciotonową głowicę!” Owszem, to prawda. Problem polega na tym, że jest olbrzymia różnica pomiędzy samym lotem w kosmos a utrzymaniem się w kosmosie. Dlatego też ładunek, który rakieta jest w stanie wprowadzić na choćby i niską orbitę okołoziemską, jest znacząco mniejszy, niż ładunek, który ta sama rakieta jest w stanie wysłać ziemskiemu sąsiadowi do ogródka.

A czas naglił. Tym bardziej że Korolow nie wiedział, jak opóźniony jest amerykański program kosmiczny i obawiał się, że w każdej chwili usłyszy o starcie satelity z USA. Dlatego też w końcu zdecydowano nie czekać na rozwiązanie problemów z osiągami rakiety, tylko odchudzić satelitę. Wywalono całą aparaturę naukową; z elektroniki został tylko prosty nadajnik radiowy, transmitujący jednostajne “beep… beep…” I właśnie taki satelita – Sputnik I – ruszył w kosmos.

Amerykanie byli, jak już wspominałem, w szoku. Zaś Rosjanie propagandowo wykorzystywali swoje zwycięstwo do maksimum, twierdząc, że ich pierwszeństwo jednoznacznie pokazuje nie tylko na wyższość radzieckiej nauki i techniki nad amerykańską, ale też i wyższość komunizmu nad kapitalizmem. I poszli za ciosem – miesiąc później, z okazji 40 rocznicy rewolucji październikowej, posłali na orbitę Sputnika II z pasażerem – Łajką, pierwszym ssakiem w przestrzeni kosmicznej… Ale o tym, oraz o amerykańskich postępach, przeczytacie więcej w następnym odcinku.

Źródła:

http://www.astronautix.com/r/r-1.html

http://www.astronautix.com/r/r-2.html

http://www.astronautix.com/r/r-7.htm

https://history.nasa.gov/sputnik.html

https://www.space.com/17563-sputnik.html

Zainteresowało Cię to, co czytasz? Chcesz wiedzieć więcej? Śledź nas na Facebooku, i – pozwól, że wyjaśnię!