Wyścig kosmiczny cz.3 – Explorer I

Wiecie już, jak doszło do tego, że Rosjanie wysłali w kosmos pierwszego sztucznego satelitę. Pisałem wtedy, że Amerykanie byli w szoku. Jak doszło do tego, że państwo, które uważało się¹Nie, żeby się w tej kwestii wiele zmieniło… za najlepsze na świecie, pozwoliło się prześcignąć? Jak wyglądała jego odpowiedź? I wreszcie jak wysłali na orbitę swojego satelitę, nazwanego Explorer I?

Przybywamy w pokoju?

Przede wszystkim warto przypomnieć, że w Stanach różne rodzaje służb niezależnie rozwijały swoje międzykontynentalne rakiety balistyczne. Administracja prezydenta Eisenhowera zleciła wysłanie w kosmos amerykańskiego satelity marynarce wojennej, przy wykorzystaniu jej rakiety Vanguard. Oficjalnie głównym powodem była chęć uniknięcie oskarżenia o agresywne zamiary. O co chodzi? Otóż rozwijana przez von Brauna dla amerykańskiej armii rakieta Jupiter C – i jej modyfikacja, Juno I – miała w przyszłości być wykorzystywana do przenoszenia głowic jądrowych. Tymczasem rakieta Vanguard miała służyć tylko do prowadzenia badań naukowych.

Eisenhower miał wybrać Vanguarda, obawiając się, że jeśli wystrzeli w kierunku ZSRR rakietę mającą w przyszłości służyć do działań wojennych, Rosjanie zapunktują propagandowo jego kosztem. Obawa ta była dodatkowo wywołana niejasnym statusem atmosfery powyżej linii Karmana. O ile dziś regulacje są dość jednoznaczne – żaden kraj nie włada przestrzenią ponad 100 kilometrów nad poziomem morza – problem ten nie zaistniał przed rozpoczęciem wyścigu kosmicznego, więc w latach pięćdziesiątych nie było na ten temat jasnych przepisów.

Był jednak też drugi powód. Rakieta Vanguard była rozwijana przez zespół czysto amerykański, podczas gdy von Braun był Niemcem²Wprawdzie w 1955 roku uzyskał amerykańskie obywatelstwo, ale w powszechnej świadomości wciąż uchodził za Niemca. Więc znów – z przyczyn propagandowych uznano, że lepiej, żeby zadanie wykonała marynarka wojenna, a nie armia, pomimo tego, że sam von Braun wielokrotnie prosił o zgodę na przygotowanie i wystrzelenie satelity. Ba, przy jednym z testów rakiety nośnej zastosowano szczególne środki ostrożności, żeby się upewnić, że zespół von Brauna nie wystrzeli satelity pomimo wyraźnego zakazu!³Podobne sztuczki zastosowano później przy misji Apollo 10… Stay tuned! Gdyby nie to, to właśnie Explorer I byłby pierwszym sztucznym satelitą, bijąc Sputnika o rok!

Kryzys sputnikowy

Zanim jednak którakolwiek z tych rakiet wystartowała, okazało się, że Sputnik przyniósł Stanom zmiany daleko wykraczające poza przyspieszenie programu kosmicznego. To był moment, który dużej części społeczeństwa przyniósł otrzeźwienie i wybudzenie z marazmu oraz przekonania, że są jedyną dominującą potęgą. I to też przestawiło cały kraj na nowe tory.

Z jednej strony, Amerykanie uświadomili sobie, że ich system edukacji jest przeciążony, niedofinansowany, i że kładzie za mały nacisk na tzw STEM – przedmioty ścisłe i techniczne. Wpompowali więc w niego olbrzymie pieniądze, kładąc podwaliny pod dzisiejszych słynnych “amerykańskich naukowców”. Przy okazji powstała również Agencja Zaawansowanych Projektów Badawczych. Przemianowano ją później na słynną DARPA – do niedawna ulubionego “chłopca do bicia” wszelkiej maści wyznawców teorii spiskowych.

Z drugiej strony amerykanie stwierdzili, że choć w długim horyzoncie czasowym edukacja to sprawa absolutnie kluczowa, to w krótkim – trzeba było coś zrobić z przewagą ZSRR na kosmicznym i rakietowym polu. Od strony wojskowej – produkcja międzykontynentalnych rakiet balistycznych, i to na dużą skalę. Zaś od strony prestiżowej – dogonienie i przegonienie Rosjan w wyścigu kosmicznym. Czyli przede wszystkim jak najszybsze wystrzelenie satelity, a docelowo wystrzelenie pierwszego satelity badawczego – Explorer I. A wyprzedzenie Rosjan stało się jeszcze bardziej palące, odkąd na orbitę trafił drugi radziecki satelita – sputnik 2, tym razem wiozący na pokładzie pasażerkę.

Łajka

Suczka imieniem Łajka, rasy mieszanej, była pierwszym ziemskim stworzeniem, które poleciało w kosmos. Z okazji 40 rocznicy Rewolucji Październikowej Sowieci na szybko zmontowali niewielki statek, który pomieścił psa oraz podstawowe systemy podtrzymywania życia. Oznaczało to generator tlenu, pochłaniacz dwutlenku węgla, wentylator do kontroli temperatury oraz podajnik pożywienia – którego ostatnia dawka była zatruta, żeby w humanitarny sposób uśpić zwierzę⁴Nie było możliwości bezpiecznego sprowadzenia statku na Ziemię. Eksperyment miał pozwolić sprawdzić, czy człowiek w ogóle będzie w stanie przeżyć przeciążenia związane ze startem rakiety, a następnie lot w stanie nieważkości.

Wyniki eksperymentu okazały się korzystne dla ludzkości. Ani start, ani pobyt w przestrzeni kosmicznej nie stanowi problemu dla organizmu. Problemem natomiast okazała się kontrola temperatury. Niestety, nie była wystarczająco sprawna. Niewielka dostępna przestrzeń prawdopodobnie całkowicie uniemożliwiła zaprojektowanie wystarczająco sprawnego układu. Niestety, dla Łajki temperatura okazała się zbyt wysoka – przeżyła ona tylko cztery orbity… A tymczasem Amerykanie przygotowali do startu swojego pierwszego satelitę.

Vanguard!

Jest 6 grudnia 1957, przedpołudnie. Na płycie startowej na Przylądku Canaveral, na Florydzie, stoi rakieta Vanguard. Na jej szczycie – satelita, który pozwoli Stanom zbliżyć się do wyrównania wyniku. Wyposażony w bardzo podstawową aparaturę, miał przesyłać na ziemię dane telemetryczne. Czarno-biała kolumna jest przygotowana do startu. Odliczenie… 3, 2, 1… Silniki się włączają, rakieta rusza w górę… I dwie sekundy później, gdy rakieta wzniosła się na wysokość jednego metra, silniki się wyłączyły. Rakieta spadła, rozpadając się w kuli ognia. Siła wybuchu odrzuciła satelitę od reszty rakiety. I choć uległ on uszkodzeniu, to mimo to nadawał, leżąc na ziemi kilkadziesiąt metrów od miejsca startu…

Przyczyną katastrofy prawdopodobnie było zbyt niskie ciśnienie w zbiorniku paliwa. Sprawiło to, że spalanie, zamiast zachodzić we właściwej komorze, przeniosło się do układu paliwowego. Ale przyczyna nie była taka ważna: na polu wizerunku USA poniosły klęskę. I nic to, że Rosjanom również wybuchały rakiety. W ich przypadku informacja o starcie była podawana do mediów dopiero po sukcesie. O amerykańskiej wtopie dowiedział się od razu cały świat. Nie dość, że ichnia prasa pełna była tytułów typu “Kaputnik”, czy “Stayputnik”, to jeszcze na forum ONZ ambasador ZSRR zapytał, czy USA byłyby zainteresowane pomocą dla “krajów mało rozwiniętych”.

Explorer I

I wtedy właśnie swoją szansę dostał zespół von Brauna. Ich rakieta, Juno I, miała wysłać w kosmos coś o wiele bardziej zaawansowanego niż Sputnik czy niesławny “Stayputnik”. Explorer I był pierwszym prawdziwym satelitą badawczym. Wbudowane w niego było kilka instrumentów naukowych, takich jak licznik Geigera czy instrumenty do wykrywania kolizji z mikrometeorytami. Co ciekawe, mimo tego był kilkakrotnie lżejszy niż Sputnik 1, który został specjalnie “odchudzony” przez pozbawienie go instrumentów badawczych.

Rakieta nośna tym razem nie zawiodła. Silnik zasilany mieszaniną dimetylohydrazyny z dietylenotriaminą oraz ciekłym tlenem spisał się bez zarzutu i wyniósł satelitę na orbitę wyższą, niż planowana. Spowodowało to, że przez kilkadziesiąt minut zespół obgryzał palce z nerwów Dlaczego? Ponieważ im wyższa orbita, tym więcej czasu obiekt potrzebuje na jej pokonanie. A trzeba pamiętać, że wtedy nie było możliwości bezpośredniego wykrycia położenia statku kosmicznego, w szczególności, gdy znajdował się on po przeciwnej stronie Ziemi. W związku z tym zespół po wystrzeleniu rakiety skazany był na cierpliwe oczekiwanie, aż usłyszy nadającego satelitę, gdy ten znów wyłoni się zza horyzontu. To był jedyny sposób, by potwierdzić, że statek kosmiczny wszedł na orbitę. A Explorer I kazał na siebie czekać o niemal 25 minut dłużej, niż planowane półtorej godziny.

Z drugiej strony oznaczało to, że w kosmosie pozostał również dłużej, niż planowano. Wprawdzie baterie wystarczyły na trzy i pół miesiąca nadawania, ale Explorer I pozostał na orbicie przez ponad 12 lat. Spłonął w atmosferze dopiero w 1970 roku, czyli o 9 lat później, niż planowano. A dlaczego w ogóle wrócił do atmosfery? No cóż, jak już kiedyś wspominałem, wszystkie satelity prędzej czy później wracają na ziemię. Dlaczego? Ponieważ nawet na dużej wysokości jest pewna ilość cząsteczek gazów, które bardzo powoli wyhamowują takiego satelitę. Ale nie ma co płakać nad jego losem, ponieważ wiele się dzięki niemu dowiedzieliśmy. Na przykład to on właśnie jako pierwszy zarejestrował rejony podwyższonego promieniowania, znane dziś jako pasy Van Allena.

Zero, czyli ile?

Ciekawe jest też to, w jaki sposób to promieniowanie zarejestrowano. Otóż licznik Geigera wykrywa wszystko, co powoduje jonizację zawartego w nim gazu. Teoretyczne przewidywania wskazywały, że w przestrzeni kosmicznej czujnik powinien rejestrować około 30 “zliczeń” na sekundę. I przez większość czasu tak się właśnie działo. Ale od czasu do czasu czujnik w satelicie Explorer I rejestrował… Okrągłe zero zliczeń na sekundę! Van Allen zaobserwował, że ta anomalia występowała, gdy satelita był wysoko nad Ziemią. Natomiast gdy był bliżej Ziemi – licznik zachowywał się normalnie.

Dalsze badania doprowadziły do wniosku, że licznik po prostu był “przesycony”. Oznacza to, że docierało do niego więcej promieniowania jonizującego, niż był w stanie zliczyć. Wtedy elektronika głupiała i przesyłała wartość “0”. Dlatego też pod pewnymi względami klasyczne, analogowe czujniki mają przewagę nad nowoczesnymi elektronicznymi: gdy takiemu czujnikowi kończy się skala, widać to wyraźnie po wychyleniu wskazówki. Oczywiście, w przypadku satelity, który musiał przesyłać dane drogą radiową, potrzeba było zastosować więcej elektroniki. A to z kolei doprowadziło do zaburzenia danych. Ale już zbliżał się czas satelitów powracających na ziemię w jednym kawałku.

A wracając jeszcze do pasów Van Allena – ich istnienie zostało potwierdzone przez kolejne misje, w szczególności Explorer III i Sputnik 3. To odkrycie wpłynęło na planowanie kolejnych misji kosmicznych. Pasy zostały dokładniej zbadane, aby ustalić ich położenie, zasięg oraz intensywność promieniowania. W końcu, jak wiecie choćby z naszej serii artykułów, zbyt długie przebywanie w rejonie wysokiego promieniowania nie jest dla człowieka przesadnie zdrowe. Z drugiej strony, wbrew temu, co twierdzą zwolennicy rozmaitych teorii spiskowych, pasy Van Allena nie uniemożliwiają ludziom lotów kosmicznych. A wystrzelenie przez Amerykanów satelity Explorer I było ostatecznym potwierdzeniem: dwa najpotężniejsze kraje świata wystartowały w kosmicznym wyścigu. Cel nie był jeszcze do końca określony, choć Księżyc zdecydowanie majaczył na horyzoncie. Wiadomo natomiast było, że obydwa kraje dążą do lotów załogowych. Ale więcej o tym – w kolejnym odcinku.

Źródła:

https://www.nasa.gov/mission_pages/rbsp/science/rbsp-history.html

https://www.space.com/33948-van-allen-radiation-belts.html

https://www.smithsonianmag.com/smithsonian-institution/sad-story-laika-space-dog-and-her-one-way-trip-orbit-1-180968728/

https://www.space.com/17764-laika-first-animals-in-space.html

https://www.nasa.gov/feature/60-years-ago-vanguard-fails-to-reach-orbit

https://explorer.lib.uiowa.edu/

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