Iz nje si izračunamo začetno maso MG vesoljske rakete, ki bi ji postopoma podeljevali že prej omenjeno* idealno največjo hitrost dviganja 12 500 metrov na sekundo, potrebno za popolno odcepitev od Zemlje:
MG = 520 M, pri c = 2000 metrov na sekundo, M0 = 64 M, pri c = 3000 metrov na sekundo, MG = 23 M, pri c = 4000 metrov na sekundo, M0 = 12 M, pri c = 5000 metrov na sekundo.
Lahko bi celo trdili, da v primeru, ko na primer znaša izpušna hitrost c 3000 metrov na sekundo, tehta vozilo, z vsemi za pogon potrebnimi pogonskimi snovmi, 64-krat toliko kot potem, ko jih porabi. Potemtakem mora imeti
* Glej stran 49.
56
sl. 26.
'Anfangsmasse - začetna masa; Auspuffgeschvvindigkeit - izpušna hitrost; Bewegungsgeschwindigkeit - hitrost gibanja; Endmasse — končna masa.
skladišče zmogljivost, da sprejme takšno množino pogon­skih snovi, ki tehtajo 63-krat toliko kot prazna vesoljska raketa z uporabnim bremenom vred, ali drugače poveda­no: množina pogonske snovi predstavlja 98,5 odstotka skupne teže za vzlet pripravljene rakete.
Ako bi izpušna hitrost znašala 4000 metrov na sekun­do, bi torej zadostovala že 22-kratna masa pogonskih snovi, in samo 21-kratna, ako bi bilo mogoče izpušno hitrost povečati na 5000 metrov na sekundo. Zategadelj odpade na delež pogonskih snovi v prvem primeru 96, v drugem primeru pa 92 odstotkov skupne teže vozila, ko je pripravljeno za vzlet.
57
Iz teh številk zlahka razberemo že tolikokrat poudar­jeni izjemni pomen kar se da velike odrivne (izpušne) hitrosti. (Slednje je tudi posledica praktične energijske vrednosti uporabljenih pogonskih snovi!)
Takšno količino pogonskih snovi, kot smo jo zgoraj preračunali, pa bi mogla ponesti s seboj samo vesoljska raketa, ki bi dosegla največjo potrebno hitrost vzpenjanja pri popolni odcepitvi od Zemlje. Bistveno boljše »razmer­je mas« (razmerje med začetno in končno maso rakete
-^-) Pa sledi iz različnih (v nadaljevanju obrazloženih)
izvedb, pri katerih zadostuje že manjša največja hitrost.
Tedaj se pri zmogljivosti vozila ne bi več pojavljale načelne tehnične ovire glede prevoza pogonskih snovi in primerne tehnične izvedbe skladišča.
Vesoljska raketa, ki bi na primer pri izpušni hitrosti c = 3000 metrov na sekundo dosegla končno hitrost: v = 4200 metrov na sekundo, bi morala imeti, kot sledi iz
raketne enačbe, razmerje mas = 4. To pomeni, da bi
morala biti sposobna sprejeti količino pogonskih snovi, ki bi znašala 75 odstotkov njene teže pri vzletu, kar pa je nedvomno tehnično izvedljivo.
Vsekakor pa bi, čeprav ne brez težav, zgradili tudi vesoljsko raketo, ki bi nosila za popolno odcepitev od Zemlje potrebno količino pogonskih snovi (količina bi znašala, kot smo že povedali, pri izpušni hitrosti c = 3000 metrov na sekundo, 98,5 odstotkov celotne teže pri vzle­tu). V ta namen je zelo pripravna zvijača, ki nam omogo­či, da se izognemo omenjenim nevšečnostim pri gradnji: gre za tako imenovano stopenjsko načelo, ki sta ga kot temeljno načelo drug od drugega neodvisno spoznala tako Oberth kakor tudi Goddard.
58
Gre za to, da se odpovemo načinu, po katerem bi samo z eno raketo dosegli končno zaželeno hitrost, tem­več slednjo razdelimo na več enot (stopenj), izmed kate­rih predstavlja zadnja raketa vselej breme predzadnje. Če gre na primer za tristopenjsko vesoljsko raketo, se ta sestoji iz treh delnih raket: delne rakete 3, ki je najmanjša in nosi končni koristni tovor; tvori pa tovor delne rakete 2, slednja pa spet (skupaj z delno raketo 3 in njenim koristnim tovorom) breme delne rakete L Pri vzletu deluje samo delna raketa 1. Brž ko se iztroši, se njeno izpraznjeno telo odcepi, delo pa prevzame delna raketa 2. Ko pa je tudi te konec, zaostane, delovati pa začne delna raketa 3. Ta deluje toliko časa, dokler ne dosežemo zaželene končne hitrosti. Le ta raketa in njen tovor dosežeta cilj.
Ker pa se pri tem končne hitrosti delnih raket sešteva­jo, mora vsaka izmed njih doprinesti le 1/3 celokupne zahtevane končne hitrosti.
Pri 3-stopenjski raketi, ki naj bi dosegla za popolno odcepitev od Zemlje potrebno najvišjo hitrost dviganja 12 500 metrov na sekundo, bi hitrost, ki bi odpadla na vsako izmed treh delnih raket, znašala le kakih 4200 metrov na sekundo. Že prej pa smo ugotovili, da na primer zadostuje pri izpušni hitrosti c = 3000 metrov na sekundo, tehnično nedvomno izvedljiva kapaciteta skla­diščenja pogonskih snovi, ki znaša 75 odstotkov skupne
mase (masno razmerje = 4). Ker pa so posamezne
delne rakete izvedljive, ne dvomimo o možnosti za izde­lavo sestavljene rakete.
Iz previdnosti pa raziščimo še absolutne vrednosti raketnih mas ali tež, ki izhajajo iz zgornjega primera. Denimo, da dvignemo z Zemlje 10 ton uporabnega tovo­ra; posamezne delne rakete bi morale biti zgrajene tako,
59
da bi njihova teža brez tovora znašala prav toliko, kolikor bi od njih zahteval tovor. Teže raket, izražene v tonah, bi bile:
Delne rakete
Breme
Lastna teža
Končna teža M
Začetna teža MQ
3
10
10
10+ 10= 201
4 x 20 = 802
2 + 3
80
80
80+ 80= 160
4x 160= 640
1 + 2 + 3
640
640
640 + 640= 1280
4x 1280 = 5120
Začetna teža iz treh stopenj sestavljene vesoljske rakete bi torej znašala 5120 ton, to število pa ne bi smelo ustrašiti tehnika, ki je sposoben graditi 50000-tonske čezoceanske parnike.
S stopenjskim načelom bi bilo končno možno vsaj teoretično doseči poljubno končno hitrost. V praksi pa bi se pojavile določene meje, predvsem glede absolutne velikosti začetne teže. Kljub temu pa tiči v stopenjskem načelu neovrgljiv dokaz, da bi bilo načelno možno zgra­diti primerno raketo za odcepitev od Zemlje z že danes razpoložljivimi sredstvi.
Nikakor pa ne trdimo, da je v pojasnjeni obliki stopenjskega načela že predstavljena idealna konstrukcij­ska rešitev vesoljske rakete, saj nas slednja pripelje do povečanja mrtvega bremena, kar poveča tudi potrebe po pogonskih snoveh. Vsekakor idealnega nismo imeli v mislih, pač pa to, da dokažemo, kako je rešitev »v glavnem možna«. Vsekakor pa bo moral sleherni gradi-
1 Končna teža M je lastna teža plus tovor, če raketa, kot v našem primeru, deluje do končne porabe pogonskih snovi.
2 Začetna teža MG je v našem primeru 4-kratna končna teža M, ker se, po prej povedanem, v tem primeru vsaka delna raketa približuje
/. *\ m° a razmerju mas (tež)-= 4.
M
60
telj, kakorkoli bo že gradil raketo, osvojiti pravilo sto­penjskega načela, da je namreč treba nemudoma odklo­piti (odvreči) vsak del vozila, ki postane odvečen, in sicer zato, da ne bi prenašali mrtve teže, ki bi jo bilo treba še dodatno pospeševati; razumljivo pa je, da gre pri tem le za vesoljske ladje, ki bi dosegle velike končne hitrosti.
Ne bomo pa si zatiskali oči pred dejstvom, da se na poti do cilja pojavljajo še nekatere težave, ki so glede tehnične izvedljivosti kljub stopenjskemu načelu še ved­no v nasprotju s pravilno nakazanimi zahtevami po zmogljivosti skladišča za gorivo v vesoljski raketi. Pri tem se bo treba posluževati delno že danes znanih konstrukcijskih metod. Vse dele vozila, še zlasti pa skla­dišče, bo treba zgraditi tako, da bodo kolikor mogoče lahki, vendar dovolj trdni in togi, da bodo vzdržali tako notranji tlak kakor tudi zračni upor pri vzletu, hkrati pa bo treba še upoštevati, da postanejo mnoge kovine pri izjemno nizkih temperaturah, katerim bodo v glavnem izpostavljene, krhke ali pa, da izgube na trdnosti.
V vesoljski raketi mora biti še prostor (potovalna kabina) za prevoz pilota, posadke, za življenje potrebnih zalog in siceršnjih potrebščin, prav tako pa tudi prostor za skladiščenje tovora, znanstveno-opazovalnih naprav itd. Ta prostor mora biti neprodušno zaprt in oskrbljen z ustreznimi napravami za umetno preskrbo z zrakom, in sicer tako za dihanje kot za vzdrževanje ustrezne temperature. V njem morajo biti tudi vse za krmiljenje vozila potrebne naprave, kot na primer ročica za uravna­vanje pogona, naprave za merjenje časa, pospeška, hitro­sti, poti (višine) in za določanje kraja, naprave za vzpo­stavljanje zaželene smeri potovanja ipd. S seboj pa je treba vzeti tudi vesoljska oblačila (glej dalje), viseče mreže itd.
61
In nenazadnje spadajo k opremi vesoljske ladje tudi zelo pomembni pripomočki za pristajanje, kot so padala, nosilne ploskve itd.
Dosedanji predlogi
Sedaj pa naštejmo še dosedanje predloge za praktično reševanje problema vožnje po vesolju.
Prof. Goddard uporablja kot pogonsko snov za svoje vesoljske rakete brezdimni smodnik, torej trdno sredstvo. Ni pa opisal nobene posebne naprave, marveč kar na splošno predlaga, da bi, kot pri brzostrelki, v nabojih vsebovan smodnik samodejno vnašali v sežigalni prostor. Celotna raketa bi bila sestavljena iz posameznih delnih raket, ki bi med dviganjem druga za drugo odpadale, in sicer vse do poslednje, v kateri bi bil tovor, kajti ta bi bila edina, ki bi prispela na cilj. Na višino kakih 100 km namerava najprej spraviti napravo brez posadke. Kasne­je pa namerava poslati na Mesec prav tako raketo brez posadke, vendar opremljeno z nekaj kilogrami osvetlje­valnega smodnika. Ko bo prispela na cilj, se bo smodnik vžgal in oznanil uspešen izid poskusa, kar bi na Zemlji zaznali z daljnogledi. Slišati je bilo, da je pokazala ameriška vojna mornarica veliko zanimanje za Goddar-dove naprave.
Zelo dragoceni so objavljeni izsledki do sedaj oprav­ljenih Goddardovih praktičnih predhodnih raziskav, za katere mu je znana Smithsonian Institution v Washing-tonu na velikopotezen način omogočila razpolaganje s sredstvi: s primerno izoblikovanimi in izpeljanimi šoba­mi je z določenimi vrstami brezdimnega smodnika dose­gel izpušno hitrost 2434 metrov na sekundo. Pri tem mu je uspelo 64-odstotno izkoristiti v smodniku kemično vezano energijo, in sicer tako, da jo je pri sežigu pretvoril
62
v živo silo izhajajočih plinov. Ta rezultat se malodane sklada z balističnimi izkušnjami, po katerih je mogoče izkoristiti 2/3 smodnikove energijske vsebine, medtem ko ostanek odpade na toploto, ki se porazgubi z uhajajočimi plini. Morda bo pri nadaljnjem tehničnem izpopolnjeva­nju uspelo še nekoliko izboljšati izkoristek peči in šob, morda celo do 70 odstotkov.
Zaradi izgub, ki jih povzročajo različne pomožne naprave (črpalke itd.) pa tudi zaradi drugih okoliščin lahko pričakujemo, da bo »notranji izkoristek« celotne pogonske naprave, zato pa tudi raketnega motorja, znašal nekako 60 odstotkov. Zelo ugoden izkoristek naših do sedaj znanih najboljših toplotnih strojev pa znaša komaj kaj več kot 38 odstotkov.
Pravkar opazovani notranji izkoristek bi seveda lahko razlikovali od izkoristka, s kakršnim smo se že prej ukvarjali: z izkoristkom povratnega sunka," ki ga lahko za razliko od prejšnjega označimo kot »zunanji izkori­stek« raketnega motorja. Oba sta popolnoma neodvisna drug od drugega, obenem pa moramo upoštevati, da je treba ohranjati skupni izkoristek raketnega vozila (ki je v bistvu proizvod notranjega in zunanjega izkoristka). V tabeli 2, na strani 38, je v 3. koloni navedena njegova vrednost, ako je pogonska snov benzol.
V nasprotju z Goddardom pa predlaga prof. Oberth uporabo tekočih pogonskih snovi, in sicer v prvi vrsti tekočega vodika, vrh tega pa še alkohola, obeh pa hkrati s tekočim kisikom, ki je potreben za gorenje.
Zmes vodika in kisika, imenovana tudi pokalni plin, ima namreč glede na težo izmed vseh znanih snovi še
* Glej stran 34.
63
najboljšo energijsko vsebino (3780 kalorij na kilogram, v primerjavi s 1240 kalorijami na kilogram pri najboljšem brezdimnem smodniku). Tej sledi vsekakor tudi največja izpušna hitrost. Oberth računa, da je mogoče z njim doseči 3800 - 4200 metrov na sekundo. Izpušna hitrost pa bi se povečala celo nad 5000 metrov na sekundo, ko bi nam uspelo do zgornje meje izkoristiti v pokalnem plinu kemično vezano energijo. Plin, ki bi nastal pri izgorevanju, bi bil vodna para.
Žal pa se ob prednosti te velike energijske kapacitete in veliki izpušni hitrosti, ki je z njo v zvezi, zaradi česar je pokalni plin vsaj teoretično nadvse primerna pogonska snov za vesoljske rakete, pojavi težava, in sicer pri vprašanju, kako oba plina praktično uporabljati, še prej pa, kako ju natovoriti. Ravnanje z njima, pa tudi njun prenos je v raketi možen le, kadar sta v tekočem stanju. Temperatura tekočega kisika je -138°, tekočega vodika pa celo -253° Celzija! Jasno je, da že to dejstvo samo zelo oteži ravnanje z njima in stopnjuje zahteve do materiala za skladišče. Poleg vsega pa je povprečna gostota (specifična teža) pokalnega plina tudi v tekočem stanju zelo majhna, zato bi že za majhno težo potrebovali razmeroma veliko skladišče.
Pri alkoholu, drugi pogonski snovi, ki jo je predlagal Oberth, pa delno odpadejo te neugodne okoliščine, popol­noma pa se jim vendarle ni mogoče izogniti. Kisik, ki je potreben za izgorevanje, bi morali tudi v tem primeru ponesti s seboj, seveda v tekočem stanju. Izpušna hitrost bi po Oberthu znašala nekako 1530 - 1700 metrov na sekundo, kar je znatno manj kot pri vodiku. Zato pa je alkohol gostejši.
Zaradi teh lastnosti uporablja Oberth alkohol in teko­či kisik za prvi del vzleta; takrat je namreč treba prema­gati upor gostih zračnih plasti blizu Zemlje, pri čemer
64
Oberth predvideva veliko obremenitev prečnega preseka (t. j., na 1 cm2 prečnega preseka delujoči del zračnega upora ob celokupni masi izstrelka), zatorej za vesoljske rakete poleg ostalega priporoča, »da se razmerje mas poveča na račun izpušne hitrosti«." To pa dosežemo, če uporabimo alkohol in kisik.
Zunanja oblika Oberthove vesoljske ladje je v glav­nem oblika nemškega S-izstrelka, sestavljena pa je iz delnih raket, ki jih poganjata bodisi vodik in kisik (vodi­kova raketa) bodisi alkohol in kisik (alkoholna raketa).
Dva zgleda za izvedbo svojih vesoljskih vozil pa je Oberth tudi natančneje opisal. Eden je manjši, brez posadke, opremljen z registrirnimi instrumenti, ki bi pri dviganju služili za raziskovanje visokih in najvišjih zrač­nih plasti. Drugi pa je vesoljska ladja, namenjena za prevoz ljudi.
Manjši model (sl. 27) tvori vodikova raketa, ki je vstavljena v prednji del znatno večje alkoholne rakete. Pod skladiščem vodikove rakete je poseben prostor za registrirne instrumente. Na koncu alkoholne rakete so nameščene posebne, nastavljive ploskve, ki služijo za stabiliziranje in krmiljenje vozila. Celotna naprava je visoka 5 metrov, prečno meri 56 cm, v vzletnem položaju pa tehta 544 kg.
Predvidena pa je še tako imenovana »pomožna rake­ta« (sl. 28), ki je visoka 2 metra, njen premer je 1 meter, v startnem položaju pa tehta 220kg.
* Tega predloga pa nikakor ne moremo sprejeti, vsaj ne na način, kot je bil prikazan v Oberthovem primeru. Komaj vzdržno bi bilo oklepati se mnenja, da bi lahko pri tem uporabljali v balistiki sicer običajen pojem »obremenitev prečnega preseka«. Slednje po našem mnenju ni dopustno; z lastnim pogonom gibajoča se raketa je namreč podvržena bistveno drugačnim mehaničnim pogojem kot pa zaradi vztrajnosti mase premika-joči se izstrelek.
5 Problem vožnje po vesolju
65
sl. 27. Sistematičen prikaz vzdolžnega prereza glavne rakete, malega Oberthovega modela. Vodikova raketa (sivo črtkana) je nameščena v sprednjem delu rakete na alkohol.
Behälter — rezervoar; 'Fallschirm - padalo; Raum für die Registrierinstrumente - prostor za registrirne instrumente; 'Steuerflossen - krmilne ploskve; 'Treibvorrichtung — pogonska naprava.
Start se izvede na višini 5500 metrov s pomočjo zrakoplovov (sl. 29). S pomočjo pomožne rakete se naj­prej povzpne na višino 7700 metrov glavna raketa, ki pri
66
SI. 28. Pomožna raketa malega Oberthovega modela
sl. 29. Po Oberthu: start rakete z zrakoplovov
tem dobi hitrost 500 metrov na sekundo, pomožna raketa pa odpade (sl. 30). Tedaj začne delovati alkoholna ra­keta, ko se ta iztroši in odklopi, pa še vodikova raketa. 56 sekund po startu že doseže največjo hitrost vzpenjanja, ki znaša kakih 5140 metrov na sekundo, kar povsem zadostuje, da preostala vodikova raketa, ki je sedaj brez pogona, doseže končno višino 2000 km. Vrnitev na Zemljo izpeljemo s samodejnim padalom, ki je spravljeno v konici vodikove rakete.
Drugi model, ki je namenjen za prevoz ljudi, pa je zamišljen tako, da je prednji del vesoljske ladje ena sama vodikova raketa (sl. 31), ki je postavljena na alkoholno raketo. Kabina, namenjena za prevoz posadke, tovora itd., je opremljena z vsemi krmilnimi pripomočki, leži pa v sprednjem delu vodikove rakete. Povsem zgoraj je
5*
67
sl. 30. Dvigovanje malega Oberthovega modela rakete (brez po­sadke).
'Alkoholrakete - raketa na alkohol; 'Aufstieg mit Auftrieb Dauer 56 Sekunden - vzpon z letom 56 sekund; Die Steig - Höchstgeschwindigkeit ist erreicht - dosežena je najvišja
hitrost vzpenjanja; 'Freier Aufstieg bis auf 2000 Meter- prosto vzpenjanje vse do 2000 metrov;
'Hauptrakete — glavna raketa, 'Hilfsrakete - pomožna raketa; Höhe — višina; 'Steiggeschwindigkeit - hitrost vzpenjanja.
68
sl. 31. Shematično prikazan vzdolžni prerez velike Oberthove rakete s posadko. Vodikova raketa je nameščena na alkoholno
raketo.
'Alkoholbehälter - skladišče za alkohol; 'Fallschirm - padalo; Fahrzelle - potovalna kabina; 'Sauerstoffbehälter - skladišče za kisik; 'Treibvorrichtung - pogonska naprava; 'Wasserstoffbehälter - rezervoar za vodik.
padalo. Spredaj je vozilo zaprto s prilegajočo se kovinsko kapo, ki ima obliko izstrelka in kasneje, sočasno z alko­holno raketo, odpade kot balast (sl. 32). Takrat smo namreč že izven zemeljskega zračnega ovoja, tako da vozilu ni več treba premagovati zračnega upora. Stabili­ziranja in krmiljenja pa poslej ne izvajamo več s ploskva­mi, pač pa z ustreznim delovanjem zunanjih šob.
Ta model starta z morja. Pri tem začne najprej delovati alkoholna raketa, ki privede vozilo do hitrosti vzpenjanja 3000-4000 metrov na sekundo, pri čemer se
69
odpne in zapusti sprego (sl. 32), delovati pa začne vodiko­va raketa, s katero doseže vozilo najvišjo hitrost vzpenja­nja, če pa je treba, pa še vodoravno obhodno hitrost. Takšna raketa, ki bi bila primerna za prevoz opazovalca,
Dviganje rakete z vodikovim pogonom. Le-ta podeljuje po potrebi (navpično vzpenjanje, prosti obhod) hitrost vzpe­njanja ali vodoravno hitrost.
Odpadeta izpraznjena alkoholna raketa in kapa; delovati začne vodikova raketa. Do sedaj dosežena hitrost vzpenjanja: 3000-4000 metrov na sekundo.
} Dviganje s pogonom rakete na alkohol
Na start pripravljeno vozilo plava v morju.
sl. 32. Dvigovanje velikega Oberthovega raketnega modela (s
posadko).
Alkohollrakete - alkoholna raketa; 'Fallschirm - padalo; Kappe - kapa; Meer — morje; 'Steiggeschwindigkeit - hitrost vzpenjanja; 'Waageechte Geschwindigkeit - vodoravna hitrost; Wasserstoff Rakete - vodikova raketa.
70
bi po Oberthovih podatkih tehtala v startnem položaju 300 ton.
Pri obeh modelih je vsaka delna raketa samostojna, zatorej ima lastno pogonsko napravo kakor tudi lastna skladišča. Slednja so zaradi prihranka na teži zgrajena z zelo tankimi stenami, potrebno trdnost pa vzdržujejo kakor elastični zrakoplovi z notranjim pritiskom, torej z vzdrževanjem primernega notranjega tlaka. Slednji na­stane zaradi hlapov tekočin, ki še niso izgorele. Material, iz katerega je narejeno skladišče za kisik, je baker, za vodik pa svinec, gre torej za mehke kovine, s katerimi preprečimo že omenjeno, zaradi izredno nizkih tempera­tur nastalo krhkost.
V zadnjem delu te rakete je pogonska naprava (sl.33). Njeni sestavni deli so peč, ena ali več izpušnih šob iz tenke pločevine, ki so pritrjene nanjo, in še različni pripomočki, kot na primer razpršilnik itd. Za vzdrževanje potrebnega tlaka, pod katerim vstopajo pogonske snovi v peč, je Oberth izumil posebno tlačilko. Tik pred seži­gom se kisik uplini in segreje na 700,° takega pa vbrizgne-mo v peč, hkrati pa se fino porazdeljeno gorivo samodej­no vbrizguje v vroči kisikov tok. Poskrbeti pa moramo tudi za učinkovito hlajenje peči, šob itd.
Pozornost vzbuja, kako majhen je v primerjavi z ostalim vozilom prostor za koristen tovor, saj je njegov največji del le shramba. Razumljivo pa postane, če upoštevamo, da za vzlet potrebna količina pogonskih snovi, ki smo jo preračunali iz raketne enačbe*, tu znaša nekako 20-80-kratno skupno breme (lastna teža vozila, ostanek pogonskih snovi in koristno breme)!
Vzrok za tako veliko potrebo po pogonskih snoveh pa ne tiči, kot smo mnogokrat napačno mislili,"* v nezadost-
* Glej strani 59, 60. )
** Glej strani 43-47. /
71
sl. 33. Pogonska naprava Oberthove rakete; desno: pri malem modelu. Peč se izteka samo v eno šobo. Levo: pri velikem modelu: skupna peč se izteka v mnoge šobef ki so razdeljene po načelu
satovnice.
Ansicht von ruckwats — pogled od zadaj; Duše (n) - šoba, šobe; Pumpen - tlačilke; Ofen — peč; Schnitt — rez; Zerstauber - razpršilnik.
nem izkoriščanju slednjih, zaradi nepopolne izrabe nače­la povratnega sunka, ki ga uporabljamo pri pogonu. Prej gre nemara za izgubo energije, do katere pride, ker hitrost med delovanjem pogona le polagoma narašča in torej ni enaka izpušni-odrivni hitrosti (spočetka je na­mreč manjša, potem pa večja (sl.17). Tudi če bi na primer vozilo pospešili do idealne hitrosti za popolno odcepitev od Zemlje, ki znaša 12 500 metrov na sekundo, bi bil pri
72
nespremenjeni izpušni hitrosti 3000 metrov na sekundo povprečni izkoristek povratnega sunka'' 27-odstoten, pri 4000 metrih na sekundo pa 25-odstoten. V skladu s prejšnjimi opazovanji pa bi v najboljšem primeru, na­mreč med pogonsko fazo, ko je vozilu podeljena končna hitrost, ki je 1,59 izpušne hitrosti, ta izkoristek dosegel celo 65 odstotkov.**
Na osnovi prej omenjenih Goddardovih raziskav in izkušenj iz balistike, češ da lahko notranji izkoristek pogonske naprave ocenimo na 60 odstotkov,*** sledi, da lahko pri dvigu računamo na 16 do 27 (v ugodnih razmerah tudi 39) odstotkov skupnega izkoristka vozila, kar pa v primerjavi z dosedaj znanimi motornimi vozili nikakor ni neugodno! Le neznanska, za premagovanje ogromnih višin potrebna storilnost določa zahtevo po takšni množini pogonskih snovi.
Ko bi bila na primer do težnostne meje z Zemlje v vesolje speljana cesta, po kateri bi se vzpenjalo motorno vozilo, bi moralo slednje vključno s kisikom, ki je potre­ben za gorenje, ponesti s seboj prav tolikšno zalogo pogonskih snovi, kot bi bila potrebna vesoljski ladji z enakim bremenom, enako višino vzpenjanja in enako pogonsko snovjo.
Zanimivo bi bilo izvedeti, kako presoja Oberth vpra­šanje stroškov. Po njegovih napovedih bi stal prej ome­njeni mali model, vključno s predhodnimi poskusi, neka­ko 10-20000 mark. (Upoštevati je treba, daje bila knjiga napisana leta 1929. Sedaj bi bilo treba to vsoto, ne upoštevajoč padce enih in dvigovanja drugih cen, pomno­žiti nekako s 100. Op. prev.) Stroški izdelave vesoljske ladje, ki bi bila primerna za prevoz opazovalca, pa bi
* S pomočjo obrazca na stani 44. ** Glej tabelo, stran 45. \
*** Glej stran 62. ^ J
73
znesli več kot milijon mark. V ugodnih okoliščinah bi bilo možno z njo izvesti kakih 100 poletov. Za večje vozilo, ki bi poleg pilota in vsega, kar spada zraven, prevažalo še 2 toni tovora, pa bi potrebovali za dvig in doseganje stanja stabilnega lebdenja (prehod na prosti obhodni tir) kakih 50 - 60000 mark.
Študija, ki jo je priobčil dr. ing. Hohmann, sicer ne obravnava podrobne konstrukcije vesoljske rakete, na­drobno pa se ukvarja z vsemi načelnimi vprašanji vesolj­ske vožnje in prinaša o njej pomembne predloge. Kolikor se slednji nanašajo na pristajalne postopke in daljinsko vožnjo po vesolju, jih bomo obravnavali kasneje.
Sedaj pa nas zanima proračun vesoljskega vozila za prevoz dveh oseb z vsem, kar spada zraven, in s potreb­nimi zalogami. Hohmann tudi na veliko razmišlja o izvedbi vozila, kajti pravo vozilo bi bilo le potovalna kabina. V njej bi bilo vse potrebno, razen pogonske snovi. Slednja bi bila trdni eksploziv, ki bi bil v obliki navzgor zožujočega se stolpa nameščen pod potovalno kabino, potovalna kabina pa bi tvorila njegovo konico (sl. 34). Pogon bi deloval kot pri ognjemetnih raketah, s postop­nim izgorevanjem stebra pogonske snovi. Težava pa tiči v zahtevi, da bi morali tehniki za eksploziv najti takšno snov, ki bi po eni strani pokazala zadostno trdnost, da bi obstala v zaželeni obliki, po drugi strani pa bi morala pri izgorevanju dajati toliko energije, kolikor jo potrebu­jemo za doseganje primerne odrivne hitrosti.
Ako na primer znaša slednja 2000 metrov na sekundo, bi po Hohmannu takšno vozilo v startnem položaju v celoti tehtalo kakih 2800 ton, in sicer, če bi bilo usposob­ljeno, da doseže višino 800 000 km (dvakratno oddaljenost
74
sl. 34. Vesoljska raketa po Hohmannu.
'Abgestoßene Verbrennungsgase — odrivajoči izgorevalni plini 'Betriebsstoffturm - stolp za pogonske snovi 'Fahrzeile — potovalna kabina.
od Meseca). Prav toliko bi tehtal manjši prekooceanski parnik. Potovanje tja in nazaj bi trajalo 30 dni in pol.
Vse pozornosti pa so vredni članki, s katerimi je nedavno nastopil dr. v. Hoefft.
Imel je zelo zanimivo zamisel, da bi dosegel pogon rakete s posredovanjem vesoljskega etra. V ta namen mu bi elektrika dovajala skozi raketo enosmerni etrov tok. Po Hoefftovi domnevi bi tako nastalo reaktivno delovanje etra dajalo vozilu pogonsko moč, s čemer pa predpostav­lja, da ima eter maso. Slednje pa je za Hoeffta dejstvo, če le Nernstovi nazori, pa tudi nazori drugih razisko-
75
valcev, po katerih naj bi eter vseboval znatno notranjo energijo (ničelna energijska točka etra), tudi res drže, utemeljeni pa se mu zde, ker po Einsteinovem zakonu energija pomeni tudi maso.
Vsekakor pa se Hoefft pridružuje Oberthovemu mne­nju, da se, kljub majhni verjetnosti, utegne ta zamisel uresničiti že v doglednem času. Njegova najnovejša dela so po njegovih izjavah že zrela za izvedbo, čakajo pa še na financiranje.
Zaradi raziskovanja zgornjih zračnih plasti namerava poslati na višino kakih 100 km najprej označevalno rake­to brez posadke. Zgrajena bi bila iz enega dela, pogonsko sredstvo bi bilo alkohol in tekoči kisik, usmerjali pa bi jo kot torpedo, namreč z vrtavko. Njena višina bi znašala 1,2 metra, premer 20 cm, začetna teža bi bila 30 kilogra­mov, končna pa bi znašala 8 kilogramov, od teh bi odpadlo 7 kilogramov na težo praznega vozila, 1 kilo­gram pa na uporabno breme. K slednjemu spada mete-orograf, ki bi bil nameščen v konici rakete, ko pa bi ta dosegla primerno višino, bi sam od sebe odpadel, nato pa bi se polagoma spuščal proti Zemlji na samodejno odpirajočem se padalu, medtem pa bi registriral tlak, temperaturo in vlažnost zraka. Startal bi z gumijastega balona na višini 10000 metrov, kar bi raketi prihranilo prodiranje skozi goste spodnje zračne plasti.
V. Hoefft v prihodnosti načrtuje še večjo raketo z začetno težo 3000 kilogramov, končna teža pa bi znašala 450 kg, od tega bi odpadlo kakih 370 kilogramov na težo praznega vozila, 80kg pa na uporabno breme. Uporabili bi jo kot izstrelek in na prosti poti izstrelka (Keplerjevi elipsi), na veliki oddaljenosti od Zemljinega površja (kakih 1500 km) bi v najkrajšem času: bodisi vzpostavila poštno zvezo bodisi bi bila opremljena s samodejno
76
fotografsko napravo, ki bi snemala območja, nad kateri­mi bi letela. Pristajanje pa si je zamislil tako, da bi kot pri prej opisani označevalni raketi breme pred spustom samo odpadlo od konice in se s padalom spuščalo proti Zemlji.
Ta enodelna raketa bi bila prirejena dvodelni raketi, ki bi bila izdelana za pot na Mesec, zaradi česar bi nosila namesto prejšnjega uporabnega tovora, ki bi tehtal 80 kg, drugo, enako težko raketo, v kateri bi bil tedaj dosti manjši koristni tovor, ki bi tehtal 5-10 kg. Ker pa se po prej pojasnjenem stopenjskem načelu,* pri taki dvojni raketi med dviganjem s pogonom končni hitrosti obeh delnih raket seštevata, bi dosegla dovolj veliko največjo hitrost vzpenjanja, da bi ponesla na Mesec koristni tovor, ki bi bil v tem primeru naboj z osvetljevalnim smodni­kom. Ob dotiku z Mesečevo površino bi se polnjenje vžgalo in oznanilo uspeh poskusa, in sicer nekako tako, kot si je zamislil tudi Goddard.
Tako ta, kakor tudi prej omenjena poštna raketa, startata z višine 6000 metrov, in sicer z balona, nosilne rakete ali gorskega vrha.
V nasprotju z dosedaj opisanimi raketami brez posad­ke, pa bi velika, za prevoz človeka namenjena vesoljska vozila, ki jih namerava v bodoče graditi Hoefft, načelno vzletala le neposredno s primerne vodne gladine, in sicer na podoben način kot vodna letala, pristajala pa bi tudi podobno kot slednja, namreč s spuščanjem na vodno gladino. Da pa bi bila za to kar najbolje usposobljena, bi morala imeti poseben (otroškemu zmaju podoben)
zunanji izgled.
Startna teža prvega takega vozila, ki bi prišlo v poštev, bi znašala 301, končna teža pa 3 t. Po eni strani bi bil njegov namen, da bi kot poštne rakete, vendar z
* Glej strani 55-57.
77
ljudmi, ki bi potovali v njegovi notranjosti, po prosti poti izstrelka (Keplerjevi elipsi) kar v najkrajšem času prema­govalo velike razdalje na zemeljskem površju, po drugi strani pa bi lahko kasneje služilo kot zadnja stopnja velike, večstopenjske vesoljske ladje, katere cilj bi bil doseganje tujih nebesnih teles. Njena startna teža bi bila že kar velika in bi znašala nekaj 100 ton, še večje pa bi tehtale celo do 12 000 ton.
Pripombe k dosedanjim konstrukcijskim
predlogom
Kot dopolnilo k tem različnim predlogom dodajmo še: brez dvoma pripada prihodnost po vsej verjetnosti vesoljski raketi s tekočo pogonsko snovjo. Dokončne načrte za gradnjo česa takega pa bomo dobili šele takrat, ko bodo zanje ustvarjeni potrebni tehnični pogoji, te pa bomo ustvarili, če bomo s poskusi praktično rešili slede­ča, za konstrukcijo vozila načelna vprašanja: 1. kako prevažati pogonske snovi, 2. kako jih vnašati v peč in 3. kakšni naj bodo ukrepi, da vročina pri izgorevanju ne bi uničila peči in šob.
Zato tudi namenoma nismo ponujali predlogov za konstrukcijo. Menimo namreč, da je to, kar smo že povedali, v mejah dosedanjih izkušenj pojasnilo temeljne probleme pri gradnji vozila, k njim pa spada najpoprej vprašanje pogonskih snovi. V ta namen pa sta bila, kot že vemo, po eni strani predlagana kisik in vodik, po drugi strani pa alkohol in kisik.
Po piščevem mnenju je čista spojina ogljikovega vodi-ka (s kisikom, ki je potreben za gorenje) boljša pogonska snov za raketna vozila od onih, ki so bile navedene. Do te ugotovitve pridemo, ako namesto energije na težo,
78
izrazimo vsebovano energijo na prostornino, kar je po piščevem mnenju koristno za najpreprostejšo presojo vrednosti raketnih pogonskih snovi. Ne gre namreč le za to, kolikšna teža pogonskih snovi je potrebna za določen učinek; za prevoz le-te in za konstrukcijo vozila pa je vsekakor pomembnejše, kolikšna je prostornina pogonske snovi, ki jo je treba vzeti s seboj. V tem primeru je energija, ki jo dobimo na prostornino pogonske snovi (toplotna enota na liter), kar najpopolnejši podatek. Prostornina je odvisna od specifične teže in notranje kurilne vrednosti posameznega goriva in koliko kisika potrebuje to za gorenje. Na splošno se dosti bolje ob­nesejo spojine, ki so bogatejše z ogljikom kot pa s kisikom, čeprav je kurilna vrednost na kilogram slednjih večja. Za zelo uporabnega se je na primer izkazal benzol. Najboljši bi bil seveda čisti ogljik, ker pa ni tekoč, bi bilo treba poskusiti, če bi morda z mehanično mešanico tekočega ogljikovodika, ki bi vseboval čimveč energije na liter (morda benzola, heptana itd.), in fino razpodeljene-ga, kolikor moč čistega ogljika (ogljikove saje, najdrob­nejši ogljikov prah ali kaj podobnega) količino energije na liter še stopnjevali, kajti s tem bi dobili še posebno visoko, morda pa celo najvišjo vrednost v primerjavi s sedanjimi snovmi, vsekakor pa najboljšo pogonsko snov za rakete.
Pri teh opazovanjih pa je samoumevno, da so enako uporabne vse pogonske snovi z enakim izkoristkom.
Zaradi tega bi bila raketa s pogonom na tekoči vodik in kisik in končno hitrostjo 4000 metrov na sekundo za polovico manjša, če bi jo poganjala benzol in tekoči kisik, površina sten skladišča za pogonske snovi pa bi bila manjša za 1/3 (sl. 35).
Pri vsem tem pa ne gre toliko za to, da bi bilo možno raketo na benzol hitreje izdelati, pač pa bi bila slednja
79
sl. 35. Razmerje velikosti vodikove rakete in rakete na benzol, pri enaki zmogljivosti, ako more vsaka razviti hitrost 4000 metrov na
sekundo.
'Benzolrakete — raketa na benzol; 'Wasserstoffrakete — vodikova raketa.
cenejša kot enako zmogljiva vodikova raketa, čeprav pa je res, da bi bila v prvem primeru količina pogonske snovi nekoliko večja, zaradi tega pa bi potrebovali večjo pogonsko moč, hkrati z njo pa močnejšo, torej težjo pogonsko napravo. Skladišče za gorivo bi bilo zato pri raketi na benzol manjše, vrh tega pa bi ga lahko izdelali iz kake lažje kovine, medtem ko mora biti pri tekočem kisiku, upoštevajoč skrajno nizko temperaturo (-253° Celzija), po Oberthu slednje napravljeno iz svinca (!), kar smo že tudi povedali. Pri tem pa ne upoštevamo še drugih nevšečnosti, ki bi zaradi nizkih temperatur nasta­le pri skladiščenju in uporabi tekočega vodika, pri benzo-lu pa bi odpadle.
Vendar pa se pri večjih končnih hitrostih prednost tekočega ogljikovodika pred kisikom vedno bolj zmanj­šuje. Kljub temu pa bi bila celo raketa za doseganje hitrosti 12 500 metrov na sekundo (kar je idealna potreb-
80
na hitrost za popolno odcepitev od Zemlje), za 1/3 manjša od vodikove rakete (sl. 36). Šele pri končni hitrosti 22 000 metrov na sekundo, bi bila prostornina pogonskih snovi pri raketi na benzol enaka kot pri vodikovi raketi.
H gospodarnosti z energijo in siceršnji prednosti rakete na ogljikovodik dodajmo še, da so slednje že same po sčbi cenejše od raket na tekoči vodik.
Vrnitev na Zemljo
Iz naših dosedanjih izvajanj sledi, da nasprotuje naše­mu prodiranju v vesolje znatna, vendar ne nepremagljiva ovira. Prej ko se bomo začeli ukvarjati z nadaljnjimi raziskavami, ki bodo nemara izhajale iz dosedanjih iz­sledkov, prej nas bo pritegnilo vprašanje: ali se je mogoče po uspešnem poletu spet približati Zemlji in brez škode na njej pristati, in kako to izvesti?
tVasserstofrakete Benzolrakeie
sl. 36. Razmerje velikosti vodikove rakete in rakete na benzol, pri enaki zmogljivosti, ako more vsaka razviti hitrost 12 500 metrov na sekundo (popolna odcepitev od Zemlje!)
'Wasserstoffrakete — vodikova raketa; 'Benzolrakeie - raketa na benzol.
6 Problem vožnje po vesolju
81
dalee