První kroky "kapalinové" rakety

Na začátku 20. století byly k dispozici teoretické práce, které jako nejvhodnější pohonné hmoty pro raketové motory určovaly kapalný kyslík v kombinaci s kapalným vodíkem. V praxi se však v té době využívaly jedině rakety s pevným palivem.

Jako první kapalinový raketový motor rozebral ve své studii "Výzkum světových přístrojů reaktivními přístroji" ruský učenec Konstantin Eduardovič Ciolkovskij (1857 - 1935). První část této studie byla zveřejněna v květnovém čísle ročníku 1903 časopisu Naučnoje obozrenije. Druhá část Ciolkovského práce ale vyšla až mnohem později - časopis totiž krátce po zveřejnění první části zanikl. Stalo se tak v roce 1912, kdy v petrohradském časopisu Vestnik vozduchoplavanija vyšla původní druhá část Ciolkovského studie. Ale už rok předtím zveřejňoval ve Vzduchoplaveckém věstníku své úvahy věnované letům do vesmíru.Ciolkovskij ve svých statích podrobně popsal funkci kapalinového motoru a výpočty dokazoval nejvhodnější kombinaci pohonných látek: kapalný kyslík a kapalný vodík. Takový raketový motor podle něho má dostatečný tah, aby mohl dopravit raketu do kosmického prostoru.

Ke stejnému závěru došel v roce 1909 nezávisle na ruském učiteli americký univerzitní asistent fyziky Robert H. Goddard (1882 - 1945). Do svého deníku si zapsal, že jediným možným dopravním prostředkem pro cesty do vesmíru je vícestupňová raketa, která bude opatřena kapalinovými motory spalujícími kapalný kyslík a kapalný vodík. Ještě v roce 1909 provedl Goddard první výpočty a rozhodl se pro vlastní konstrukci rakety s kapalinovým raketovým motorem. Tomuto cíli zasvětil veškerý svůj volný čas.

A do třetice v roce 1912 dospěl ke stejnému výsledku německý student Hermann Oberth (1894 - 1989), který se rovněž zmiňoval o kapalném kyslíku a kapalném vodíku jako nejvhodnější kombinaci pohonných hmot pro raketové motory. A v podstatě od stejné doby se začal kapalinovými raketami více věnovat. Naproti tomu francouzský průkopník kosmonautiky Robert Ésnault Peltérie se domníval, že pro uskutečnění meziplanetárních cest bude nutné ovládnout energii atomu (i Goddard považoval jaderný motor za možný, ale blíže se mu nevěnoval). Peltérie o atomovém pohonu meziplanetární lodi například přednášel 15. listopadu 1912 na zasedání Francouzské fyzikální společnosti. Součástí přednášky ale byla i pasáž, ve které se zabýval jinými pohonnými látkami; zmínil střelnou bavlnu, ale i kombinaci kapalného vodíku s kapalným kyslíkem.

Robert Goddard získal v lednu 1911 na Clarkově univeritě ve Worcesteru titul doktora věd (tématem jeho doktorské práce byl rádiový přijímač) a zahájil svoji cestu ke kapalinovému raketovému motoru. Jeho vývoji se ale zpočátku nevěnoval soustavně - raketová technika a lety do vesmíru vůbec byly "jen" jeho koníčkem, jemuž se věnoval prakticky celý svůj život. Goddard ve svých výzkumech kapalinového raketového motoru dosáhl řady významných úspěchů, ale jeho přístup, kdy odmítal spolupráci s dalšími nadšenci vedla k tomu, že jeho rakety byly, až na několik výjimek, málo známy. Goddard se soustředil na jejich patentovou ochranu a i díky tomu raketový výzkum ve Spojených státech nepostupoval vpřed jako v Evropě.

Goddard ovšem získal jedno nepopiratelné prvenství: 16. března 1926 vypustil první raketu na světě poháněnou kapalinovým raketovým motorem. Raketa nazvaná "Kitty Hawk" měla startovní hmotnost 4,6 kg a její motor (vlastní Goddardovy konstrukce) spaloval kapalný kyslík a benzín; v nádržích bylo 1,7 kg kyslíku a 0,34 kg benzínu. Rakety při tomto vzletu dosáhla výšku asi 41 stop (různé prameny uvádějí dosaženou výšku od 12 do 18 metrů; přepočet ze 41 stop odpovídá 12,497 m) a po letu trvajícím 2,5 vteřiny dopadla na zem ve vzdálenosti 46 metrů (152 stop) od startovní konstrukce. V literatuře (i na internetu) se lze dočíst, že raketa doletěla do 56 nebo 57 metrů. Pro úplnost je třeba ještě dodat, že Goddard tuto raketu vypustil za účasti svých spolupracovníků P. M. Roopa (zajišťovat měření dráhy letu) a H. Sachse (podílel se na přípravě rakety ke vzletu) a manželky Ester, která pořizovala z pokusu fotodokumentaci.O startu své první rakety Goddard zaslal krátkou zprávu na adresu Smithsonova institutu ve Washingtonu až 5.května 1926, ale dopis se ztratil a tak se svět dozvěděl o prvním letu kapalinové rakety až o deset let později ze zmínky v jiném Goddardově článku. Ve zprávě mj.napsal, že je schopen během tří až pěti týdnů za 500 dolarů postavit mnohem větší typ rakety. Goddard příliš nestál o zveřejňování detailů svého výzkumu - vyhovovalo mu pracovat v "utajení" a výstupy svého výzkumu "zveřejňovat" prostřednictvím patentových přihlášek. Známo je jeho prohlášení, že se nebude s nikým dělit o výsledky své práce v souvislosti s pozváním do řad Americké raketové společnosti.Zajímavostí Goddardovy rakety bylo její uspořádání; raketový motor byl v horní části, nádrže s palivem a okysličovadlem byly ve spodní části. Účelem bylo dosažení stability během letu - těžiště rakety bylo níže, než tryska motoru. Nevýhodou tohoto řešení ale je, že s postupnou spotřebou pohonných látek se těžiště pohybuje směrem nahoru a stabilita letu není taková jako v počáteční fázi letu. I to, spolu se složitější dopravou pohonných hmot do spalovací komory, vedlo k tomu, že se takovéto uspořádání neujalo a přednost dostávaly konstrukce klasického typu - raketa má nádrže s pohonnými látkami nad raketovým motorem.

Goddard už 3. dubna 1926 vypustil lehce modifikovanou verzi rakety "Kitty Hawk", ale ani ta nepřinesla očekávané výkony - raketa letěla vzduchem jen 4,2 vteřiny a po výstupu do výšky 15,2 metru dopadla asi 15 metrů (50 stop) od místa startu. Stejnou raketu se pokusil vypustit ještě 13. dubna a 4. května 1926, ale ani při jednom pokusu se raketa ze startovací konstrukce nevznesla.
Po těchto neúspěšných pokusech se Goddard rozhodl postavit větší raketu a výkonnější raketový motor a současně se vrátil ke klasickému uspořádání konstrukčních prvků rakety. Dospěl totiž k závěru, že raketa je příliš malá a motor nedosahuje předpokládaný tah. Proto se další "raketové" snahy Goddarda zaměřují na konstrukci nového typu rakety, která měla být opatřena motorem s novým typem elektrického zapalovače, přepracovaným systémem vstřikování paliva do spalovací komory a raketa měla být nově stabilizovna rotací.

V Evropě poprvé vyzkoušel kapalinový raketový motor na zkušebním stavu ve své laboratoři v Breslau v lednu 1928 německý inženýr Johannes Winkler. Další statické testy kapalinových motorů ale přinesly také první oběť moderní raketové techniky. 17. května 1930 při zkoušce motoru na topný olej a kapalný kyslík došlo v laboratoři závodu Weyland k explozi spalovací komory a jedna ze střepin smrtelně zranila konstruktéra motoru Maxe Valiera.
K prvnímu letu rakety s kapalinovým raketovým motorem pak došlo 21. února 1931, když u Grosskühnau vypustil J. Winkler raketu HW-1 o hmotnosti 5 kg. Motor pracoval s kapalným metanem a kapalným kyslíkem. Raketa vystoupila do výšky asi 300 metrů a Winkler se domníval, že vypustil první kapalinovou raketu na světě.

Vypuštění prvních kapalinových raket bylo posledním velkým úspěchem evropských "amatérů". Od roku 1929 se o rakety začala zajímat německá armáda a do svých výzkumných center shromáždila všechny raketové specialisty, kteří významnou měrou posunuli vývoj kapalinových raketových motorů vpřed.

Na závěr ještě jedna perlička: v roce 1927 otiskl peruánský list "El Comercio" vycházející v Limě zprávu, podle níž Pedro Paulet již v roce 1895 prováděl pokusy s raketou poháněnou motorem na kapalné palivo. Raketový motor o hmotnosti 2,25 kg, jež měl pracovat bez viditelného poškození asi hodinu a dosahovat tah přes 880 N, byl vyroben z vanadové oceli a spaloval benzin a oxid dusičitý. Pokusy měl Paulet konat během studií na institutu užité chemie pařížské univerzity. Paulet se dokonce v říjnu 1927 dožadoval vlastnických práv na kapalinový raketový motor. Většina odborníků ale pochybuje, že Paulet mohl koncem 19. století postavit takový raketový motor a rovněž nebyl nalezen žádný svědek jeho pokusů.

HLAVNÍ PRAMENY:
[1] V. P. Gluško: Razvitije raketostrojenija i kosmonavtiki v SSSR, Izdatělstvo APN, Moskva 1973
[2] J. Golovanov: Doroga na kosmodrom, Dětskaja litěratura, Moskva 1982
[3] P.Lála, A.Vítek: Malá encyklopedie kosmonautiky, Mladá fronta, Praha 1982
[4] Petite Chronologie des grands Noms de l'Astronautique - http://www.project.mettavant.fr/astroquation.htm
[5] Brief History of Rockets - http://www.grc.nasa.gov/WWW/k-12/TRC/Rockets/history.html
[6] Russian Space Program - http://www.guidetorussia.com/russian-space-program.asp
[7] The Roots Of Rocketry - http://www.spaceline.org/rockethistory.html
[8] http://history.nasa.gov/AAchronologies/1961missile.pdf

-----
Příště: Přehled událostí v kosmonautice; plánované zveřejnění: 4.11.2011.