Marzenie o Księżycu. Jak Juliusz Verne zainspirował konstruktorów pierwszych rakiet kosmicznych

W tym artykule:

1. Fantastyczne wizje Konstantina Ciołkowskiego
2. Pierwsze projekty silników rakietowych
3. Herman Oberth też wpadł na pomysł rakiety na paliwo ciekłe
4. Robert Goddard i rakiety księżycowe
5. Jak Towarzystwo Podróży Kosmicznych stało się organizacją militarną
6. Wernher von Braun i broń rakietowa III Rzeszy
7. Po wojnie Amerykanie i Rosjanie przejęli niemiecką technikę rakietową
8. Wyścig kosmiczny – Związek Radziecki kontra Stany Zjednoczone
9. Wielki krok dla ludzkości, czyli lądowanie na Księżycu

Napisana w 1865 roku książka Juliusza Verne’a opowiada o wystrzeleniu z armaty „pojazdu kosmicznego”. Uczniowie, studenci, naukowcy i zwykli ludzie czytali z fascynacją kolejne odcinki tej opowieści. Były przedrukowywane w gazetach codziennych na całym świecie, w tym także w Polsce.

Fantastyczne wizje Konstantina Ciołkowskiego

Za protoplastę astronautyki uznany został Konstantin Ciołkowski. W 1903 roku opracował artykuł „Badanie kosmosu przyrządami odrzutowymi”. Był to niezwykle inteligentny, pomysłowy wynalazca i naukowiec rosyjski, potomek polskich zesłańców syberyjskich.

Od młodych lat fascynował się zrozumieniem fizyki gazów oraz przesunięciem możliwości techniki. Jako jeden z pierwszych konstruktorów zasugerował możliwość budowy metalowego aerostatu. Mimo braku wsparcia ze strony rosyjskich towarzystw naukowych i państwa marzył, podobnie jak wielu uczonych w jego czasach, o podboju kosmosu.

Te 10 technologii opisywali kiedyś autorzy science fiction. Dziś z nich korzystamy

​​​​​​​Stanisław Lem, Philip K. Dick, George Orwell, Isaac Asimov, Gene Roddenberry, można by ich jeszcze wymieniać – wielcy wizjonerzy, którzy w swoich dziełach przewidywali p...

Pisał fantastycznonaukowe książki o wrażeniach obserwatora znajdującego się na powierzchni Księżyca. O innych światach, o rozumnych istotach pozaziemskich i sposobach komunikacji z nimi. Wiedza i doświadczenia z fizyki gazów oraz techniki statków powietrznych doprowadziły go w końcu do zagadnienia wykorzystania rakiet w kosmosie. Podsumował to w epokowym dla historii techniki, wspomnianym wcześniej dziele.

Pierwsze projekty silników rakietowych

Jeżeli wewnątrz rakiety zgromadzimy zamknięty silnie sprężony gaz, to otwierając lekko zbiornik spowodujemy ucieczkę jego cząsteczek. Miliony lekkich molekuł będących pierwotnie zamkniętych w spoczywającej rakiecie, nagle uzyskają dużą prędkość skierowaną w jednym kierunku – ku otworowi. Z praw fizyki wynika, że rakieta musi zacząć się więc poruszać w przeciwną stronę.

Aby jeszcze zintensyfikować ten efekt, wnętrze zbiornika można podgrzać, najlepiej gwałtownie. Realizuje się to, dodając do zbiornika wybuchową mieszankę paliwa. Podgrzane cząsteczki gazu uzyskują dużo większą energię, pozwalającą rakiecie osiągnąć większą prędkość.

Ciołkowski opracował to zagadnienie bardzo szczegółowo. Zaproponował zastosowanie w rakietach stabilizatorów żyroskopowych i chłodzenie komory spalania składnikami paliwa. Podał podstawy teorii silnika rakietowego na paliwo ciekłe i analizował różne jego mieszanki. Warto podkreślić, że praca z 1903 roku wyprzedzała nawet pierwszy na świecie lot braci Wright.

W 1929 roku Ciołkowski zaproponował jeszcze jeden sposób zwiększenia prędkości rakiety, gdy wyczerpie się już gaz lub paliwo. Otóż można wówczas odrzucić pusty już zbiornik, odpychając się tym samym od niego. Jest to podstawa działania współczesnych rakiet wielostopniowych.

Herman Oberth też wpadł na pomysł rakiety na paliwo ciekłe

Z powodu braku wsparcia rosyjskich towarzystw naukowych, prace Ciołkowskiego zostały docenione dopiero po jego śmierci w 1935 roku. Zupełnie inne warunki pracy miał Herman Oberth, niemiecki fizyk i wizjoner urodzony w rumuńskiej części Austro-Węgier.

Nie do wiary, że tak się kiedyś latało! Poznaj zaskakujące fakty z historii lotów pasażerskich

Bracia Wright nie mogli wykonać próbnego lotu wspólnie, obowiązywała ich bowiem przysięga, że nigdy nie wsiądą jednocześnie na pokład jednego samolotu. Wtem w ich warsztacie pojawił si...

W wieku 11 lat przeczytał on powieść Verne’a. Szybko dowiódł, że wiele z koncepcji tam opisanych nie jest zwykłą fikcją. Dwa lata później obliczył, że astronauci z pocisku musieliby doświadczyć przeciążenia 47 tysięcy razy większego niż przyciąganie ziemskie, co ostatecznie wykluczyło działa jako środek podróży kosmicznych. Jednakże dla Obertha stanowiło to tylko zachętę do poszukiwania innych rozwiązań.

Znalazł je w technice rakietowej, z którą od razu zaczął eksperymentować. Doszedł do wniosku, że proch, nawet wykorzystany w silniku odrzutowym, nie wystarczy do podróży na Księżyc. Potrzeba paliwa ciekłego.

W wieku 18 lat Oberth obliczył, że z powodu zużywania paliwa rakieta o stałej masie staje się efektywnie coraz cięższa. Konieczne jest więc odrzucanie zbędnych już części mechanizmu. Rozważania te podsumowane zostały w kolejnym epokowym dziele dla historii techniki. Była nim wydana w 1923 roku książka „Rakietą w przestrzeń międzyplanetarną”. 6 lat później została rozwinięta pod tytułem „Drogi do lotów kosmicznych”.

Robert Goddard i rakiety księżycowe

W tym czasie Oberth nawiązał korespondencję z Ciołkowskim i Robertem Goddardem – amerykańskim pionierem napędu rakietowego i właścicielem patentów dotyczących jego konstrukcji. W 1920 roku Goddard badał techniki wyniesienia aparatury meteorologicznej wyżej niż było to możliwe za pomocą balonów. Swoje wnioski zebrał w opracowaniu „Metoda osiągnięcia ekstremalnych wysokości”.

Podobnie jak Ciołkowski wcześniej, a Oberth kilka lat później, opisał w nim matematyczne podstawy napędu rakietowego. Postulował, że możliwa jest konstrukcja rakiety, która osiągnęłaby Księżyc i wybuchając tam stworzyła błysk dostrzegalny z Ziemi. Mimo że pomysł ten oparty był na precyzyjnych obliczeniach, lokalna prasa wyśmiała go. To na długie lata zraziło Goddarda do mediów.

W 1926 roku zbudował on i z powodzeniem przetestował rakietę na paliwo ciekłe. Trzy lata później jego rakieta po raz pierwszy przeniosła ładunek.

Jak Towarzystwo Podróży Kosmicznych stało się organizacją militarną

Trzy ośrodki myśli naukowo-technicznej – Rosja Radziecka, Niemcy i Stany Zjednoczone – wkrótce stały się głównymi rozgrywającymi w nowej dziedzinie wiedzy – astronautyce. W roku 1929 Ciołkowski publikował ideę rakiety wielostopniowej, Oberth wydawał swoje dzieło o lotach kosmicznych, a Goddard testował pierwsze rakiety w służbie nauki. Tymczasem w Niemczech wybuchł kryzys gospodarczy, który na wiele lat miał zmienić oblicze świata.

"Dowiemy się, czy bliżej nam do aniołów czy do małp." Co nas czeka w kosmosie?

Kiedyś badacze obawiali się tego jak człowiek zniesie stan nieważkości. Im dalej ku gwiazdom, tym więcej wyzwań. O czym powinniśmy myśleć teraz? - Przypominamy wizjonerski felieton sir Ar...

Stał się bowiem pożywką dla populistycznych haseł Adolfa Hitlera i jego Narodowo-Socjalistycznej Partii Pracy. Założone dwa lata wcześniej we Wrocławiu (wówczas jednym z czołowych niemieckich miast) jako stowarzyszenie miłośników techniki Towarzystwo Podróży Kosmicznych wkrótce, choć nie do końca świadomie, stało się jedną z ważniejszych organizacji dla Rzeszy Niemieckiej.

Rakiety, które w czasie pierwszej wojny światowej nie były jeszcze powszechnie znane, nie znalazły się w restrykcjach wojennych, które ograniczały możliwości rozwoju militarnego Niemiec zgodnie z traktatem wersalskim. Możliwości rakiet w zastosowaniach wojskowych zauważono jednak dość szybko. Zainteresowanie wojska było gwarancją olbrzymich funduszy i możliwości technicznych.

Wernher von Braun i broń rakietowa III Rzeszy

Założono rakietowy ośrodek doświadczalny we wsi Kummersdorf pod Berlinem. W toku szybkiego rozwoju przeniesiony został do specjalnie utworzonego Wojskowego Instytutu Badawczego w miejscowości Peenemünde na wyspie Uznam. Na czołową postać programu wyrósł zaś Wernher von Braun. Fascynat, który książki Obertha i konstrukcje Goddarda znał właściwie na pamięć.

Urodzony na terenach Wielkopolski von Braun był postacią niejednoznaczną. Z jednej strony istnieją przesłanki sugerujące, że jego ambicją był w pierwszej kolejności rozwój techniki w celu eksploracji przestrzeni pozaziemskiej. Współpracę z wojskiem traktował jako środek do osiągnięcia tego marzenia.

Z drugiej zaś, jako dyrektor techniczny ośrodka w Peenemünde, członek NSDAP i żołnierz Luftwaffe, musiał podejmować wiele kluczowych decyzji dla niemieckiego programu rakietowego. Był to plan budowy w latach 1937–1942 najbardziej zaawansowanej ówcześnie broni na świecie.

Po wojnie Amerykanie i Rosjanie przejęli niemiecką technikę rakietową

W Peenemünde powstała pierwsza rakieta, zdolna z sukcesem wystartować i przenieść ładunek na setki kilometrów w zadanym kierunku. Niestety, ładunkiem tym nie była aparatura naukowa, lecz materiały wybuchowe.

Pod kosmicznymi żaglami. Jak podbić Wszechświat?

Tak daleko jest do gwiazd. Czy kiedykolwiek będziemy na tyle szaleni, żeby tam polecieć?

Rakieta A4, nazywana przez niemiecką propagandę V2 (od słowa „odwet”), miała 14 metrów długości. Zawierała system potrafiący w ciągu minuty wtłoczyć do komory spalania siedem ton mieszanki ciekłego tlenu i spirytusu. Jej lotem sterował pierwszy na świecie komputer analogowy. Była to w pełni funkcjonalna rakieta, lecz niestety także najgroźniejsza broń, jaką dysponowała Trzecia Rzesza. Została zniszczona przez aliantów wraz z całym ośrodkiem badawczym na wyspie Uznam.

Po zakończeniu wojny niemiecki program rakietowy stał się jedną z najcenniejszych zdobyczy wojennych dla obu zwycięskich stron. Von Braun z grupą współpracowników poddał się Amerykanom. Wbrew rozkazom niemieckich dowódców zabrał ze sobą niezniszczoną dokumentację techniczną rakiet V2. W operacji „Paperclip” wojska amerykańskie przerzuciły naukowców i zdobyczne części rakiet do Fort Bliss w Teksasie. Tam program rakietowy był kontynuowany przez von Brauna już pod kontrolą Stanów Zjednoczonych.

W tym samym czasie Armia Czerwona, której w wyniku podziału terytorialnego Niemiec przypadły tereny wyspy Uznam (a także góry Harz, gdzie przeniesiono zakłady po bombardowaniach), wywoziła w ramach programu „Osoaviakhim” sprzęt i tysiące naukowców w głąb Związku Radzieckiego. Niemiecki program rakietowy przestawał istnieć, lecz jego prace miały być kontynuowane.

Wyścig kosmiczny – Związek Radziecki kontra Stany Zjednoczone

Rozwój techniki rakietowej był priorytetowy dla zwycięskich mocarstw głównie w kontekście równoległego odkrycia energii jądrowej i konstrukcji bomby atomowej. Możliwość przenoszenia tej niezwykle niebezpiecznej broni i precyzyjnego uderzania nią w konkretne punkty wymagała techniki rakietowej. W dodatku osiągnięcie przestrzeni kosmicznej pozwoliłoby na niewykrywalne obserwowanie wrogów przez satelity okrążające Ziemię na orbicie.

Olbrzymie środki finansowe potęgowane motywami naukowymi, militarnymi i informacyjnymi sprawiły, że technicy i konstruktorzy mogli pracować z pełną wydajnością. Zespoły Werhnera von Brauna w USA i Siergieja Korolowa w ZSRR starały się wzajemnie wyprzedzić w osiągnięciu kamieni milowych wyścigu kosmicznego.

4 października 1957 roku radziecka rakieta R7, zaskakując cały świat, wyniosła na orbitę pierwszego sztucznego satelitę Ziemi. Naszpikowana czujnikami aluminiowa kula półmetrowej średnicy z dołączonymi antenami i baterią nosiła nazwę Sputnik-1. Okrążyła Ziemię 1400 razy w ciągu 92 dni. Od tego momentu wydarzenia potoczyły się niezwykle szybko.

Zaledwie miesiąc później misją Sputnik-2 Rosjanie chcieli udowodnić, że można wysłać w kosmos żywe zwierzę. Pies Łajka przeżył tylko kilka godzin na skutek wysokiej temperatury i stresu związanego z procedurą startu, ale misję mimo to uznano za kolejny sukces.

Trzy miesiące później na orbicie znalazła się sonda Explorer-1 wyniesiona przez amerykańską rakietę Jupiter C. Sondy te pozwoliły po raz pierwszy zbadać górne warstwy atmosfery oraz cząstki kosmiczne wychwytywane przez ziemskie pole magnetyczne. Wkrótce na orbicie znalazły się także pierwsze satelity telekomunikacyjne.

Wielki krok dla ludzkości, czyli lądowanie na Księżycu

Naczelnym celem politycznym i prestiżowym było jednakże wysłanie człowieka na Księżyc. W 1959 roku sonda Łuna 2 jako pierwszy ziemski obiekt uderzyła w Księżyc. Rok później z orbity wróciły żywe Biełka i Striełka – dwa psy wystrzelone w radzieckim testowym statku kosmicznym Korabl-Sputnik 2.

Félicette to pierwsza i jedyna kotka w kosmosie. Jaki los ją spotkał?

Jej historia nadaje się na film familijny. Francuska kotka Félicette wyszła z bezdomności, wykazała się większą odwagą niż kocur. Poleciała w kosmos, wróciła i została bohaterką naro...

Już osiem miesięcy po szczęśliwym powrocie psów na pokładzie statku Wostok na orbicie ziemskiej znalazł się Jurij Gagarin. Po jednokrotnym okrążeniu Ziemi szczęśliwie wylądował na jej powierzchni po 108 minutach lotu. Został bohaterem, przechodząc do historii jako pierwszy człowiek w kosmosie.

Na kolejny przełomowy moment w historii podboju kosmosu trzeba było czekać 4 lata. Na początku 1966 r. na Księżycu wylądowała sonda Łuna 9, a trzy miesiące później sonda Łuna 10 stała się jego sztucznym satelitą. Amerykanie powtórzyli te osiągnięcia do końca października. Prowadzący dotąd w wyścigu kosmicznym Związek Radziecki powoli tracił swoją przewagę.

W grudniu 1968 roku, po wielu sondach mających na celu przetestowanie procedur i łączności, amerykańscy astronauci Frank Borman, James Lovell, William Anders, uczestnicy misji Apollo 8, przeszli do historii. Stali się pierwszymi ludźmi, którzy znaleźli się poza orbitą okołoziemską, okrążając dziesięciokrotnie Księżyc i wracając bezpiecznie na Ziemię.

Siedem miesięcy później w ramach misji Apollo 11 Neil Armstrong wypowiedział słynne zdanie: „To mały krok dla człowieka, lecz ogromny krok dla ludzkości”. Potem zeskoczył jako pierwszy Ziemianin na powierzchnię Srebrnego Globu. Zrealizował wizję Juliusza Verne’a sprzed 100 lat i odwieczne marzenie ludzkości.