RACHETE SPATIALE

Visul omului de a se desprinde de Pamant, de a invinge atractia planetei materne, de a cutreiera vazduhul, de a deveni navigator prin oceanul aerian si chiar prin oceanul cosmic, de a pune piciorul pe alti astri- si in primul rand pe Luna- are radacini foarte adanci, care se pierd in noaptea timpurilor.

Pentru calatoria prin spatiul interastral au fost imaginate nenumarate mijloace, unele intr-atat de fanteziste incat ar parea ridicole si ar starni ilaritate daca n-am lua in considerare entuziasmul cu care autorii unor atare propuneri cautau sa traduca in fapt nazuinta umana de a ajunge la alte corpuri ceresti.

Dezvoltarea stiintelor spatiale este in prezent atat de ampla, incat tinerea pasului cu noile realizari in domeniile corespunzatoare este practic imposibila, chiar folosindu-se metode moderne , computerizate, de stocare si redare a informatiei dorite.   

Timpurile moderne au aratat ca singurul vehicul cosmic eficace este racheta. Aceasta nu inseamna insa ca n-au fost prevazute inca de sute de ani mijloace de a efectua calatorii siderale, bazate pe rachete. Omul a cunoscut racheta din cele mai vechi timpuri. Se crede ca ea a fost inventata in China antica, unde era folosita atat de sarbatori, pentru focurile de artificii, cat si in razboaie, ca proiectil incendiar. Pana prin secolul al XV-lea, tehnica militara n-a neglijat rachetele. Ele au constituit arme de temut in razboaiele Chinei. Dupa aceea, perfectionarea continua a artileriei a impins rachetele de lupta undeva pe un plan indepartat, acestea nemaifiind folosite decat pentru a produce jocurile de lumini ale focurilor de artificii.

O singura exceptie in acele timpuri- o exceptie de geniu: manuscrisul lui Conrad Haas din Sibiu, seful arsenalului orasului. Parte integranta a unei culegeri de scrieri aparute la Sibiu, lucrarea lu Haas, conceputa intre 1529 si 1569, da ideea primelor rachete in trepte utilizate in scopuri militare. Astazi prioritatea sibianului in domeniul rachetelor in trepte este unanim recunoscuta. Ideile lui Conrad Haas au precedat lucrarile belgianului Jean Bovy (1591) si polonezului Kazimierz Szemienowicz (1650), considerati precursori ai rachetelor multiple.

Marile idei, teorii fundamentale in domeniul folosirii rachetelor pentru cucerirea spatiilor siderale aveau sa prinda fiinta abia la inceputul veacului nostru. O pleiada de teoreticieni si constructori de seama au contribuit la nasterea si afirmarea astronauticii ca stiinta. Iata numai cateva nume ilustre: Konstantin Eduardovici Tiolkovski, Hermann Oberth, Robert Hutchins Goddard, Robert Esnault-Pelterie

Hermann Oberth, unul dintre fondatorii aeronauticii moderne, a dezvoltat in lucrarea     Racheta in spatiul interplanetar (1923) idei revolutionare pentru acea vreme: posibilitatea construirii unor vehicule capabile de a zbura in afara atmosferei terestre, posibilitatea realizarii unor viteze care sa permita evadarea din sfera de a Terrei, posibilitatea calatoriilor cosmice cu oameni la bord. Intreaga opera a marelui savant constituie o piatra de temelie pentru stiinta si tehnica spatiala actuala.

Evident, rezultatele teoretice, ca si nenumaratele experimente, au dus la construirea unor rachete tot mai puternice,tot mai eficace. Se cuvine sa amintim aici si pe doi " giganti" ai realizarilor practice in domeniul zborurilor astrale: Wernher von Braun, proiectant si constructor de rachete cosmice, unul din cei care si-au adus o importanta contributie la crearea rachetei Saturn V si Serghei Pavlovici Koroliov, constructor principal al rachetelor spatiale sovietice care au reusit sa plaseze pe orbita primul sputnic, sa lanseze navele automate de tip Luna, Zond, Venera si Mars si pe cele pilotate : Vostok, Voshod si Soiuz.

Contributiile romanesti in tehnica reactiva si astronautica au fost multe si de valoare. Nume ca Hass, Ciurcu, Oberth ocupa astazi un loc insemnat in istoria multiseculara a incercarilor de cucerire a spatiului interastral. Dar nu sunt singurele. E suficient sa amintim pe savantul Henri Coanda, creatorul primului avion cu motor aeroreactiv si al conceptului teoretic al aerodinei leticularek, pe George de Bothezat, pe academicianul Elie Carafoli, pentru a ne da seama de aportul oamenilor de stiinta romani la munca imensade traducere in fapt a visului omenirii de cucerire a Cosmosului.

Unica nava capabila sa invinga atractia terestra, sa invinga departarile cosmice, s-a dovedit a fi racheta.

Rachetele, ca mijloc de transport in spatiu sunt astfel obtinute incat sa poata produce singure energia necesara deplasarii lor si a sarcinilor utile la inaltimi si distante corespunzatoare.

ELEMENTE DE CONSTRUCTIE A RACHETELOR

STRUCTURA RACHETEI

Indiferent de scopul pentru care a fost construita, de misiune la care va fi folosita, de dimensiuni si caractristici tehnice, de performantele pe care le poate atinge, o racheta este alcatuita din urmatoarele parti principale

a) Racheta propriu-zisa care cuprinde fuselajul, rezervoarele (tancurile) de combustibil, sistemul de propulsie (motorul), precum si diferite aparate pentru programarea zborului si pozitionare.

b) Combustibilul care se compune din carburant si oxidant si prin arderea caruia iau nastere temperaturile si presiunile necesare asigurarii propulsiei rachetei.

c)Sarcina utila care constituie partea cea mai mica (atat ca dimensiuni,cat si ca masa) a unei rachete, dar si cea mai importanta, deoarece transportul sarcinii utile este insasi ratiunea pentru care a fost construita racheta respectiva.

In functie de misiunea rachetei sarcinile utile pot fi: aparate (magnetometre, accelerometre, manometre), astronauti (in cazul misiunilor spatiale cu oameni la bord ) sau sateliti artificiali ce urmeaza a fi plasati pe orbita

MOTORUL RACHETEI

Pe traiectoria activa,acolo unde se supune in primul rand fortei de propulsie , "inima" unei racheteeste motorul, motorul cu reactie.

Se numeste motor cu reactie orice motor care asigura miscarea unui vehicul pe baza propulsiei create de un jet reactiv format din particule materiale.

Toate motoarele cu reactie se bazeaza pe principiul fundamental al lui Newton, care, in expresia lui cea mai simpla, afirma ca orice "actiune" provoaca o reactiune de aceeasi marime, orientata insa in directie opusa. Din acest principiu se poate deduce teorema impulsului, pe care se bazeaza functionarea tuturor motoarelor reactive.

Motoarele cu reactie se impart in doua categorii principale:

-reactoare

-motoare racheta

Navele propulsate de motoare reactoare nu au la bord oxidant care sa asigure arderea carburantului.Oxidantul folosit de ele este aerul pe care-l iau din mediul inconjurator. Motoarele reactoare sunt utilizate frecvent la avioane si la rachete-sonda lansate in scopuri meteorologice

Motoarele racheta sunt destinate functionarii atat in atmosfera, cat si in spatiul lipsit de aer. De aceea rachetele inzestrate cu asemenea motoare au la bord, in tancurile de combustibil, pe langa carburant si oxidantul necesar, in cele mai multe cazuri oxigen lichid.

Dupa natura jetului de reactie, motoarele racheta se impart in patru clase:

1.Motoare cu jet de gaze

a) Motoare cu combustibil solid - sunt folosite mai mult la rachete auxiliare, deoarece combustibilii solizi asigura numai o durata mica de functionare a motorului.

b) Motoare cu combustibil lichid - sunt cele mai utilizate la ora actuala, intrucat eficienta lor este cu 15-25% mai mare decat a celor cu combustibili solzi. Un astfel de motor se compune din : camera de ardere terminata cu ajutajul sau duza pentru expulzarea jetului si turbina cu cu pompe ce serveste la injectarea carburantului si a oxidantului . Evident, nu lipsesc accesoriile importante ca: instalatia pentru controlul regimului optim de functionare, conducte de legatura, sistemul de racire, ventilele de la armaturi.

c) Motoare termoatomice in cazul acestor motoare incalzirea gazelor care vor da nastere jetului propulsor este asigurata de o sursa de energie nucleara

2.Motoare nucleare

La aceste motoare jetul este format din produsele reactiilor nucleare , "combustibilul" fiind hidrogenul. Prezinta numeroase avantaje: viteza de ejectie atinge valori impresionante, consumul este mic, iar randamentul dat foarte mare.

3.Motoare electrice

Principiul de functionare al acestor motoare este accelerarea ionilor intr-un camp electric. Fasciculul de ioni accelerati formeaza jetul de reactie; se folosesc de regula ioni de mercur, cesiu, si gaze nobile:argon, neon, kripton si xenon.

a) Motoare electrotermice - in care combustibilul este incalzit direct. Acestea pot fi de doua tipuri constructive: rezistojetul care foloseste o conducta prin care gazele se scurg catre ajutaje si asa-numitul arcjet in care gazul este strabatut de curenti de mari intensitati care produc un arc voltic a carui temperatura se ridica la zeci de mii de grade. Cu ajutorul motoarelor electrotermice, o racheta poate atinge viteze de 9-20 km/s.

b) Motoare electrostatice in care accelerarea ionilor se face prin campuri electrostatice. Din punct de vedere teoretic, rachetele propulsate de motoare electrostatice pot dezvolta viteze de zeci de mii de kilometri pe secunda, rezultand, pe baza unor tractiuni extrem de mici impulsuri epecifice foarte inalte.

c) Motoare electromagnetice in care ionii sunt accelerati cu ajutorul unor forte electrice si magnetice.Se poate realiza propulsarea unor sarcini utile mai grele. 4.Motoare fotonice (cu anihilare)

Motoarele de acest tip functioneaza pe baza ciocnirii in focarul unei oglinzi sferice sau parabolice a doua fascicule: unul de protoni, celalalt de antiprotoni. Din procesul de anihilare materie-antimaterie rezulta jetul reactiv de fotoni. Navele dotate cu motoare fotonice sunt singurele care ar putea atinge viteze apropiate de viteza luminii.

MATERIALE FOLOSITE IN CONSTRUCTIA DE RACHETE

Materialele si aliajele sunt utilizate in aplicatiile aerospatiale pentru constructia de piese:

a) destinate structurii generale a vehiculului

b) necesare sistemelor ce trebuie sa reziste la temperaturi inalte

Pentru fabricarea pieselor destinate structurii generale a vehiculului se folosesc oteluri de inalta calitate. O conditie care se impune tot mai mult, mai ales cand este vorba de zboruri spatiale pe distante mari, este scaderea pe cat posibil a masei rachetei. In acest scop se recurge la materiale de densitati mici, dar care sa aiba totusi duritatea ceruta de aplicatiile la care vor fi utilizate:

-Aliaje cu aluminiu - sunt foarte rezistente la coroziune

-Aliaje cu magneziu - se toarna foarte usor, dar rezistenta lor la coroziune, la ciocniri, la oboseala nu este prea ridicata.

-Aliajele cu titan - se folosesc mult in constructia de rachete, intrucat sunt mai dure decat cele cu aluminiu sau cu magneziu si rezista la temperaturi de 400-500s C.

-Aliaje cu beriliu - se remarca in primul rand printr-o duritate deosebita.

Pentru fabricarea pieselor ce trebuie sa reziste la temperaturi ridicate se intrebuinteaza aliaje in compozitia carora intra metale cu puncte de topire mai inalte de 1400sC, cum sunt : nichel, cobalt, fier, zirconiu, crom, niobiu, molibden, tantal, wolfram. Dintre acestea frecvent folosite la rachete sunt:

Aplicatiile experimentale cu rachete electrice au aratat marea utilitate, la constructia anumitor piese, a wolframului pur si a aliajelor cu un continut ridicat de wolfram.

Principala utilizare actuala a rachetelor se refera la cercetarile cosmonautice. Pentru lansarea unui satelit este absolut necesara o racheta cu motoare dispuse in asa-numitele trepte sau etaje reactive deoarece, la sfarsitul functionarii motoarelor acestea trebuie sa fie in masura sa imprime greutati utile o viteza egala cu prima viteza cosmica.

MISCAREA RACHETEI

Traiectoriile astrilor artificiali se impart, dupa fortele predominante care le determina, in doua categorii : active si pasive. Pe traiectoriile active, cel mai greu cuvant de spus il are forta imprimata de motoarele rachetei; asadar aici racheta purtatoare joaca rolul principal. In ceea ce priveste traiectoriile pasive, pe ele atat satelitii, cat si diferitele trepte ale rachetelor stinse si fragmentate se supun in primul rand si in egala masura legii gravitatiei.