Raketa: definicija, zgodovina in tehnologija izstrelitve v vesolje

Raketa: od kitajskih iznajdb do sodobnih izstrelitev — zgodovina, tehnologija in delovanje raket ter ključni trenutki v osvajanju vesolja.

Raketa je lahko raketa, vesoljsko plovilo, letalo ali drugo vozilo, ki ga poganja raketni motor. Nekatere velike rakete so nosilne rakete, nekatere pa so s človeško posadko (npr. Saturn V). Druge rakete, na primer izstrelki, so brez posadke. ("S človeško posadko" pomeni, da je v njej človek; "brez posadke" pomeni, da gre stroj brez človeka).

Večino raket je mogoče izstreliti s tal, ker je potisk izpušnih plinov motorja večji od teže vozila na Zemlji. Nekatere se uporabljajo za prenos satelitov v orbito. Nekatere rakete, kot so ionski potisniki, so prešibke in pretežke, da bi se dvignile same. Delujejo, ko jih druge rakete ponesejo v vesolje.

Raketo so izumili Kitajci, ko so uporabljali strelni prah. Prve rakete so bile oblikovane kot puščice in niso bile zelo hitre. Večina raket še vedno deluje z ognjem. Pri ognju nastanejo vroči izpušni plini, ki se razširijo in izstrelijo nazaj. Tako se raketa premika naprej.

Večina raket za ogenj še vedno uporablja trdno gorivo. Največje uporabljajo tekoče gorivo, ker je ogenj bolj vroč, zato je raketa močnejša. Vendar je varno ravnanje s tekočim gorivom težavno in drago. Nekatere rakete za izstrelitev satelitov uporabljajo oboje.

Rakete se uporabljajo tudi za ognjemete in orožje ter za nadzor gibanja v vesolju.

Rakete s posadko so podobno kot drugi leteči stroji s posadko zasnovane tako, da omejujejo pospeške in vibracije, da zaščitijo posadko. Za rakete brez posadke pa ne veljajo omejitve ljudi.

Nekatere rakete dosežejo višjo hitrost od hitrosti zvoka (Mach 1 ali 1.225 km/h ali 761 mph). Tiste, ki poletijo v nizko Zemljino orbito, dosežejo hitrost 30.000 km/h (19.000 mph).

Jurij Gagarin je bil sovjetski kozmonavt, ki je 12. aprila 1961 kot prvi človek poletel v vesolje. Bil je v raketi R-7, ki jo je izstrelila Sovjetska zveza.

Zgodovina in razvoj raket

Osnove raketnega pogona segajo v staro kitajsko uporabo strelnega prahu za vojaške in ognjemetne naprave. Prek stoletij so se razvijali različni modeli — od puščicam podobnih puščic do večstopenjskih nosilnih raket 20. stoletja. V 19. in zgodnjem 20. stoletju so se pojavili izumi in teorije kot osnova za sodobne tekoče rakete; pomembne osebnosti so npr. Konstantin Ciolkovski, Robert Goddard in Hermann Oberth.

V 20. stoletju so zastavili prve tekoče motorje in nato izdelali nosilne rakete, ki so omogočile pošiljanje satelitov in ljudi v vesolje. Zamisel večstopenjske rakete je omogočila doseganje višjih hitrosti in večjih višin, kar je pripeljalo do izstrelitev satelitov, sond in misij s posadko (npr. Saturn V)).

Vrste raket in pogonske tehnologije

• Trdni pogon — trdno gorivo. Uporablja se v vojaških raketah, ognjemetih in prvih stopnjah nekaterih izstrelkov; je preprosto in robustno, a manj prilagodljivo med delovanjem.
• Tekoči pogon — ločeni rezervoarji za gorivo in oksidant (npr. RP‑1 ali tekoči vodik + tekoči kisik). Omogoča več nadzora in višji specifični impulz, a zahteva kompleksnejše in dražje sisteme.
• Hibridni pogon — kombinacija trdnega goriva in tekočega ali plinskega oksidanta; skuša združiti prednosti obeh.
• Električni in ionski potisniki — npr. ionski potisniki, so zelo učinkoviti za daljše vesoljske misije, vendar dajejo majhen potisk in jih je treba v vesolju uporabljati po dvigu z nosilno raketo.

Kako deluje raketa (na kratko)

Načelo delovanja temelji na akciji in reakciji: iz motorja izhajajo vroči izpušni plini, ki so izstreljeni nazaj, s čimer se po Newtonovem zakonih raketa premakne naprej. Pomembni koncepti so:

• Potisk — sila, ki jo ustvari motor (glej potisk).
• Specifični impulz (Isp) — merilo učinkovitosti pogona; večji Isp pomeni bolj učinkovit izkoristek goriva.
• Delta‑v — sprememba hitrosti, ki jo raketa lahko doseže; za dostop v orbito je tipično potrebno več deset kilometrov na sekundo v skupnih delta‑v vrednostih, kar pa se doseže s pomočjo več stopenj.
• Večstopenjski dizajn — odstranjevanje izrabljenih delov (stopnje) zmanjša maso in omogoči višje hitrosti oziroma bolj ekonomično rabo goriva.

Tipične hitrosti in vrednosti

• Hitrost zvoka (Mach 1) znaša približno 1.235 km/h (odvisno od razmer).
• Nizkozemeljska orbita (LEO) zahteva orbitalno hitrost približno 7,8 km/s, kar je približno 28.000 km/h.
• Escape velocity (hitrost bega iz Zemljine gravitacije) pri površju je približno 11,2 km/s (ok. 40.300 km/h).

Uporabe raket

Raketa ni le vozilo za pošiljanje ljudi; njene glavne uporabe so:

• Izstrelitev satelitov za komunikacijo, navigacijo, opazovanje Zemlje (gledano tudi v znanosti in gospodarstvu).
• Prevoz ljudi in tovora v vesolje — posadke na mednarodno vesoljsko postajo in misije z ljudmi (zgodovinski mejnik: Jurij Gagarin je bil sovjetski kozmonavt, ki je 12. aprila 1961 kot prvi človek poletel v vesolje…).
• Vesoljske raziskave — robotske sonde, misije na Luno, Mars in naprej.
• Vojaške aplikacije in ognjemete/orožje.
• Manjše rakete za korekcije tirnic in nadzor gibanja v vesolju (manjših satelitov in sond).

Varnost, posadka in udobje

Pri raketah s posadko so dodatne zahteve za varnost in udobje: omejitev pospeškov, zmanjševanje vibracij, zaščita pred prekomerna toplotnimi in mehanskimi obremenitvami ter sistemi za življenje in reševanje posadko. Rakete brez posadke teh omejitev nimajo in so lahko zasnovane za večjo izvedbo in nižjo ceno.

Okoljski vplivi in prihodnost

Izstrelitve raket vplivajo na okolje: emisije CO2, črne trdne delce (pri nekaterih gorivih), vplivi vodne pare v zgornjih plasteh atmosfere in hrup na izstrelitvenih območjih. Novi razvoj vključuje visoko‑učinkovite in manj škodljive pogone, ponovno uporabne nosilne rakete (nižanje stroškov) ter raziskave jedrskih in električnih pogonov za daljše medplanetarne lete.

Ključni mejnik

Pomembni zgodovinski dogodki, ki so omogočili sodoben vesoljski promet, vključujejo prve izume uporabljanja strelnega prahu, razvoj tekočih motorjev v 20. stoletju ter zgodnje vesoljske lete in izstrelitve satelitov. Zgodba človeškega poleta v vesolje simbolno izpostavlja tudi primer Jurij Gagarin je in izstrelitev z raketo R-7, ki jo je izvedla Sovjetska zveza.

Za bralce, ki želijo nadaljevati — raketna tehnologija združuje fiziko, strojnos, materialno inženirstvo, elektroniko in logistiko; vsaka izstrelitev je rezultat skrbnega načrtovanja in testiranja.

Vprašanja in odgovori

V: Kaj je raketa?

V: Ali se vse rakete izstrelijo s tal?

V: Kako so nastale rakete?

V: Kakšno vrsto goriva uporablja večina raket?

V: Kakšne so nekatere uporabe raket?

V: Kdo je bil Jurij Gagarin?

Išči po črki