Od zawsze wokół Ziemi krążył jeden satelita – Księżyc, a podróże kosmiczne pozostawały w sferze marzeń. Do czasu, gdy niezależnie od siebie dwóch ludzi, rosyjski nauczyciel polskiego pochodzenia i amerykański naukowiec, stworzyli podstawy teoretyczne i techniczne napędu rakietowego, dzięki którym ludzkość wkroczyła w erę kosmiczną.
Pomysł podróży kosmicznych w powieściach narodził się dawno, lecz przy niewielkiej wiedzy fizycznej i zrozumieniu kosmosu fantaści, aby wysłać kosmicznych podróżników poza Ziemię, często wpadali na absurdalne lub komiczne pomysły. Newtonowskie prawa ruchu i powszechnego ciążenia połączone z faktem, że kosmos jest próżnią, oznaczały, że jedynie napęd rakietowy jest w stanie przenosić ludzi w przestrzeni kosmicznej. Rakiety poruszają się w wyniku działania siły odrzutu gazów wypychanych z silników, potrzebne do napędzania paliwo niosąc ze sobą. Wynaleziono je w średniowiecznych Chinach, gdzie służyły jako broń lub sztuczne ognie.
Pionierem, który poważnie podszedł do lotów kosmicznych był Konstanty Ciołkowski (1857-1935) prowincjonalny rosyjski nauczyciel matematyki i fizyki, syn polskiego zesłańca [fot.1]. Jako pierwszy docenił możliwości napędu rakietowego i już w 1903 roku – zanim jeszcze bracia Wright wykonali pierwszy w świecie lot samolotem – kreślił plany silników rakietowych napędzanych ciekłym wodorem i ciekłym tlenem, rozważając zmniejszenie masy rakiet poprzez konstrukcje wielostopniowe.
W wybiegających w przyszłość rozważaniach uwzględnił fakt, że lot orbitalny wokół Ziemi wymaga uzyskania prędkości 8 km/s, a rakieta wymaga stosowania układów stabilizujących – obecnie znanych jako żyroskopy. Wyniki badań teoretycznych przedstawione w pionierskiej pracy z dziedziny astronautyki “Badanie przestrzeni za pomocą urządzeń odrzutowych” zostały wykorzystane w roku 1922 w testach eksperymentalnych w Leningradzkim Laboratorium Gazodynamiki (GDL), gdzie w przyszłości powstanie pierwszy rosyjski silnik rakietowy na paliwo ciekłe.
Ciołkowski uważany jest za jednego z ojców astronautyki, bez którego proces podboju kosmosu mógłby ulec opóźnieniu. Wiele z jego teorii wciąż jest wykorzystywanych w nauce: opracował m.in. wzór nazywany dziś wzorem Ciołkowskiego, który określa prędkość rakiety przy stałej zmianie jej masy i przy uwzględnieniu warunków panujących w kosmosie. Idee techniczne wysunięte przez Ciołkowskiego stanowią podstawę wszystkich – historycznych i współczesnych – silników rakietowych, rakiet i statków kosmicznych.
Równolegle wiedzę o silnikach rakietowych i rakietach wielostopniowych rozwijał Robert Goddard (1882-1945), amerykański profesor fizyki Uniwersytetu Clarka w Worcester [fot.2]. Podobnie jak Ciołkowski był przekonany, że pojazdy przyszłości nie będą napędzane wypełnionymi prochem strzelniczym rakietami na paliwo stałe. Stwierdził, że z jednostki masy paliwa ciekłego można uzyskać więcej energii i dzięki temu silniki na paliwo ciekłe są wydajniejsze, a ich działanie można łatwiej kontrolować.
W 1923 roku skonstruował pierwszy wyposażony w pompę paliwową silnik na benzynę i ciekły tlen, a 16 marca 1926 roku w miejscowości Auburn w stanie Massachusetts (USA) nastąpił przełomowy moment – start pierwszej rakiety na paliwo ciekłe [fot.3]. Rakieta o długości 3 metrów w ciągu 2,5 sekundy osiągnęła pułap 12,5 m, przebyła odległość 56 m i osiągnęła prędkość 100 km/h. Kolejna rakieta skonstruowana przez Goddarda, o długości 3,35 m poszybowała na wysokość 609 m z prędkością maksymalną 800 km/h.
Podczas prób mających na celu opracowanie technik stabilizacji lotu, rakieta Goddarda ustanowiła rekord wysokości, wznosząc się na 2,28 km. Start pierwszej rakiety stabilizowanej układem żyroskopów przeprowadzono 19 kwietnia 1922 roku. W ciągu kolejnych 11 lat Goddard znacząco udoskonalił konstrukcje rakiet, ale z trudnych do zrozumienia powodów rząd amerykański nie zainteresował się jego pionierskimi wynikami. Po latach, w 1969 roku rakieta na paliwo ciekłe skonstruowana na podstawie praw rozwiniętych przez Goddarda zawiozła ludzi na Księżyc.
Dziś uważa się, że Konstanty Ciołkowski – genialny teoretyk, który nigdy nie zbudował działającej rakiety [fot.4], twórca podstaw astronautyki i dalekosiężnych wizji jej przyszłego rozwoju, swymi pionierskimi rozważaniami teoretycznymi na temat silników rakietowych położył fundamenty pod erę kosmiczną. Natomiast Robert Goddard narażając się na śmieszność u ówczesnych, by dowieść znaczenia rakiet w lotach kosmicznych, udanym startem pierwszej rakiety na paliwo ciekłe swojej konstrukcji sprawił, że to epokowe wydarzenie uznano za narodziny Ery Kosmicznej.
Na krótko przed śmiercią, w 1933 roku Ciołkowski wypowiedział prorocze słowa: “Teraz jestem dokładnie przekonany o tym, że moje marzenie – podróże międzyplanetarne – teoretycznie przeze mnie uzasadnione, przekształci się w rzeczywistość. Pracowałem czterdzieści lat nad silnikiem odrzutowym i myślałem, że wycieczka na Marsa zacznie się dopiero za wieleset lat. Ale terminy zmieniają się. Wierzę, że wielu z was będzie świadkami pierwszej podróży poza atmosferę…”. Naczelną ideę przenikającą jego prace znakomicie ujmuje jego najczęściej przytaczane zdanie: “Ziemia jest kolebką ludzkości, ale nie można wiecznie żyć w kolebce”.
Andrzej Rzemieniak
Prezes Zamojskiego Stowarzyszenia Miłośników Astronomii
Gazeta Akademicka Skafander nr 3 (10)/ opublikowane za zgodą autora i wydawcy.
Kopiowanie i publikowanie całości lub fragmentów poniższego tekstu bez zezwolenia jest zabronione.
