Raketų veikimo principas

Kaip pasiekti kosminius greičius, kokie varikliai gali suteikti kosminiams aparatams tokius milžiniškus greičius?

Esame pastebėję, kad dušo rankenėlė, paleidus vandenį, juda priešinga vandens srovei kryptimi; pripūstas vaikiškas balionas paleistas neužrištas skrajoja, blaškosi, lyg turėtų motorėlį; stovint ant riedučių ir metus sviedinį, nuriedama į priešingą pusę; šūvio metu parako dujos kulką išstumia pirmyn, o šautuvo tokia pačia jėga stumteli atgal (veikia III-iasis Niutono dėsnis). Tai vis reaktyvinio judėjimo pavyzdžiai. Reaktyviniu (lot. reactio – priešingas veiksmas, atoveikis) vadinamas variklis, kurio trauką sukelia ištekančio skysčio ar dujų srovė. Raketos, reaktyviniai lėktuvai, kosminiai laivai — visa tai įvairūs skriejimo aparatai, varomi reaktyvinių variklių.

Raketos konstrukcija ir veikimo schema: raketinio variklio kuras sudarytas iš dviejų komponentų: degalų (žibalo, skysto vandenilio) ir oksidatoriaus (skysto deguonies). Degalai ir oksidatorius, įpurkšti į degimo kamerą, kurioje temperatūra siekia iki 5000 ^oC, sprogsta, ugnis dideliu greičiu išsiveržia pro reaktyvinę tūtą, o reakcijos jėga sukuria trauką (iki 2·10⁷ N). Ištuštėjusios kuro talpos tampa nereikalingu balastu, todėl raketos konstruojamos keleto pakopų: sudegus kurui, pakopos palaipsniui atjungiamos ir numetamos. Raketinis variklis nenaudoja aplinkos medžiagos (atmosferos deguonies), todėl tinka skraidyti beorėje erdvėje, tarpplanetinėje erdvėje — kosmose.

Reaktyvinio variklio trauką lemia judėjimo kiekio tvermės dėsnis. Išlėkdamas iš variklio sudegusio kuro srautas įgyja judėjimo kiekį, todėl variklis ir likęs kuras įgyja priešingos krypties judėjimo kiekį.

Parako raketos — “ugnies strėlės” — karo tikslams buvo naudojamos Kinijoje jau prieš Kristaus erą. Vėliau daug metų buvo tobulinami raketų gamybos būdai.

Raketos senovėje

XXI a. pradžioje vienintele priemone, leidžiančia išvystyti pirmąjį kosminį greitį (apie 8 km/s) lieka raketa. Nors idėja panaudoti raketas kelionėms į kosmosą atsirado XIX a. pabaigoje, bet pats raketos principas žinomas jau senovėje.

Pirmąsias raketas sukonstravo, tikriausiai, senovės kiniečiai. X a. naudotos paleidžiamos iš lanko strėlės su metaliniais antgaliais. Prie strėlės pritvirtindavo parako pripildytą tūtelę, kurios vienas galas būdavo uždaras. Atvirą galą padegdavo prieš šūvį. Bet papildomos traukos tokia tūtelė negalėjo sukurti — tai buvo padegantys užtaisai. Vėliau užtaisuose atsirado kanalas — vadinamoji raketinė tuštuma. Taip padidinamas degimo plotas ir susidarantis dujų kiekis. Besiveržiančios lauk dujos sukurdavo reaktyvinę trauką. 1232 m. tokios raketos naudotos ginant Pekiną nuo mongolų antpuolio. Tai jau nebuvo strėlės, leidžiamos iš lanko, o savarankiškos raketos, sudarytos iš parako “variklio”, antgalio ir atramos. Naudotos įvairių rūšių raketos, pavyzdžiui, raketa skriedama sukdavosi apie savo ašį ir leisdavo spiečius žiežirbų ant priešininkų galvų. XIV — XVIII a. kiniečiai naudojo ir įrenginius, vienu metu šaudančius iš salvių (nuo 2 iki 100 raketų). Raketos padanges nušviesdavo ne tik karų metu, bet ir per šventes, kaip fejerverkai.

XIV a. raketas pradėjo konstruoti ir korėjiečiai. Artimuose rytuose raketas pirmieji pradėjo naudoti arabai. Jais pasekė ir indai. XVIII a. kovojant su interventais anglais, indų raketiniuose daliniuose būdavo iki 5000 žmonių.

Europą raketos pasiekė XIV a. 1378 m. Venecijos kariai panaudojo raketinį ginklą kovai su genujiečiais. 1422 m. raketos jau panaudotos ir jūrų mūšyje. 1379 m. italai pradėjo raketas naudoti ir kaip pirotechninę priemonę. XV a. pabaigoje raketos naudotos vis rečiau, nes raketinį ginklą po truputį išstūminėjo tobulėjantis šaunamasis ginklas.

Lietuviškos raketos

Naują postūmį raketinės technikos plėtrai suteikė bene žymiausias senosios Lietuvos mokslininkas (artilerijos inžinierius) Kazimieras Semenavičius (gimęs 1650 m.). Jis tarnavo Lietuvos — Lenkijos valstybės kariuomenės artilerijoje, dalyvavo ir pasižymėjo karuose, todėl jo išmokslinimu rūpinosi net pats Vladislovas Vaza, skyrės lėšų gilinti žinioms Olandijoje. Ten (apie 1645 m.) Semenavičius dalyvavo tvirtovių kautynėse, susipažino su fortifikacijomis bei artilerijos naujovėmis. Grįžęs 1648 m. tapo Žecpospolitos vyriausiojo artilerijos vado pavaduotoju. Tais pačiais metais vėl išvyko į Olandiją, atrodo, jau turėdamas parašytą veikalą apie artileriją. Semenavičių ėmė globoti Belgijos ir Burgundijos vicekaralius Leopoldas Vilhelmas, kuriam autorius paskyrė savo veikalą „Didysis artilerijos menas" (Amsterdamas, 1650). Išspausdinta tik pirmoji dalis: Semenavičius netrukus mirė, ir antroji liko rankraštinė. Šis artilerijos vadovėlis buvo išverstas į daugelį kalbų, pagarsėjo visoje Europoje, o autorius apdovanotas įvairių šalių ordinais.

Manoma, kad Semenavičiaus veikalas gerokai pranoko kitus to meto šios srities veikalus ir net XVIII a. laikytas klasikiniu. Tai buvo pirmas bandymas sukurti artilerijos mokslą. Jo žodžiais, iki to laiko artilerijos mokslo nebuvo, artilerijos žinių buvo tik amatininkų ar meistrų užrašuose, ir dažniausiai su daugybe klaidų. Apibendrintai galėtume sakyti, kad Semenavičius artileriją pakėlė iš amato į mokslo lygį. Reikšmingiausia paprastai laikoma pirmosios dalies III knyga — „Apie raketas", kurioje aiškinama parako raketų konstrukcija, kuro gamyba, paleidimo įrenginiai. Manoma, kad Semenavičius čia pirmą kartą nustatė raketos aukščio ir jos reaktyvinės tūtos pločio santykį, iškėlė daugiapakopės raketos ir raketinės artilerijos idėją, pateikė daugiapakopės raketos brėžinių, nustatė, kad raketą galima stabilizuoti sparneliais (iki tol raketos buvo stabilizuojamos kartelėmis). Per 150 metų po Semenavičiaus veikalo neatsirado naujų raketų konstravimo idėjų. Tik XIX a. pr. Semenavičiaus raketų konstrukcijos buvo šiek tiek patobulintos.

Semenavičiaus moksliniai „artilerijos meno" tyrinėjimai — didžiausias senosios Lietuvos indėlis į bendrąją Europos ir pasaulio kultūrą. Pats Semenavičius savo veiklos paskirtį apibūdino labai kukliai: kreipimesi į skaitytoją rašė, kad jo padėtis ir aplinka, taip pat tėvų polinkiai paskatino jį atsidėti veiklai tėvynės labui, ir geriausiai tam tikusi karo tarnyba.