Απο τη γη στο διάστημα

Σχολικό έτος:2015-2016

ΕΛΛΗΝΟΓΑΛΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΠΕΙΡΑΙΑ

«Ο ΑΓΙΟΣ ΠΑΥΛΟΣ»

ΑΠΟ ΤΗ ΓΗ ΣΤΟ ΔΙΑΣΤΗΜΑ

Από τις ρουκέτες στους πυραύλους | Ερευνητική εργασία Β’ Λυκείου

Από τη γη στο διάστημα

Ελληνογαλλική Σχολή Πειραιά «Ο Άγιος Παύλος»

Σελ. 2

Από τη γη στο διάστημα

Contents Εισαγωγή............................................................................................................................................................ 5 Ιστορία ............................................................................................................................................................... 6 Η Περιστερά του Αρχύτα ............................................................................................................................ 6 Από την αιολόσφαιρα στα Πύρινα βέλη ................................................................................................... 7 Από τον Bacon στο Γαλιλαίο....................................................................................................................... 8 Ο πρώτος Νόμος του Νεύτωνα ............................................................................................................... 11 Ο Δεύτερος Νόμος του Νεύτωνα ............................................................................................................. 12 Ο Τρίτος Νόμος του Νεύτωνα .................................................................................................................. 14 Οι πύραυλοι της Αστερόεσσας ................................................................................................................ 15 Οι πύραυλοι στη μάχη.............................................................................................................................. 17 Πυροβολικό έναντι πυραύλων ................................................................................................................. 20 Επιστημονική φαντασία και Λογοτεχνία. ................................................................................................. 21 Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky........................................................................................................ 23 Robert Esnault-Pelterie ........................................................................................................................... 26 Herman Oberth ........................................................................................................................................ 28 Robert Goddard ........................................................................................................................................ 32 Τα επιτεύγματα του Goddard................................................................................................................... 39 Dr. Wernher von Braun ............................................................................................................................ 40 Sergei Korolev.......................................................................................................................................... 43 Valentin Petrovich Glushko ...................................................................................................................... 47 Πυραυλικά ατυχήματα ................................................................................................................................. 48 Η τραγωδία του Challenger ...................................................................................................................... 48 Η καταστροφή του Columbia ................................................................................................................... 49 Soyuz 1 ..................................................................................................................................................... 50 Salyut 1-Soyuz11 ...................................................................................................................................... 50 Apollo 1 .................................................................................................................................................... 51 Τα πιο πρόσφατα πυραυλικά ατυχήματα ................................................................................................ 52 Αρχές λειτουργίας ........................................................................................................................................ 53 Αρχή λειτουργίας πυραύλων χημικής καύσης ........................................................................................ 53 Είδη κινητήρων πυραυλικών συστημάτων............................................................................................... 54 Προωθητικά υλικά ................................................................................................................................... 57 Ελληνογαλλική Σχολή Πειραιά «Ο Άγιος Παύλος»

Σελ. 3

Από τη γη στο διάστημα Υγρά προωθητικά ..................................................................................................................................... 58 Λοιπά υγρά προωθητικά .......................................................................................................................... 62 Στερεά προωθητικά .................................................................................................................................. 62 Ομογενή καύσιμα..................................................................................................................................... 63 Ετερογενή καύσιμα. ................................................................................................................................. 63 Υβριδικά προωθητικά. ............................................................................................................................. 64 Το Παρόν ...................................................................................................................................................... 65 Τα Διαστημικά προγράμματα της NASA ...................................................................................................... 65 Διαστημικό Λεωφορείο ............................................................................................................................ 65 Commercial resupply services (CRS) ......................................................................................................... 66 Commercial Crew Program (CCDev) ......................................................................................................... 68 Beyond Low Earth Orbit program (BLEO) ................................................................................................. 69 Το Μέλλον .................................................................................................................................................... 69 Κινητήρες ιόντων και πλάσματος ............................................................................................................. 70 Ηλιακά ιστία ............................................................................................................................................ 71 Αεριώθηση μέσω σύντηξης ...................................................................................................................... 72 Πυρηνικός ηλεκτρικός πύραυλος ............................................................................................................. 73 Πύραυλοι πυρηνικής ώσης ...................................................................................................................... 75 Διαστημικοί Ανελκυστήρες ...................................................................................................................... 77 Το φαινόμενο της βαρυτικής σφεντόνας ................................................................................................. 81 Ηλεκτρομαγνητικά όπλα για την κατάχτηση των ουρανών ..................................................................... 83 Νανοδιαστημόπλοια ................................................................................................................................ 85 Το Μέλλον είναι τώρα…. .......................................................................................................................... 87 Βιβλιογραφία – Πηγές .................................................................................................................................. 88 Συντελεστές .................................................................................................................................................. 90

Ελληνογαλλική Σχολή Πειραιά «Ο Άγιος Παύλος»

Σελ. 4

Από τη γη στο διάστημα Εισαγωγή Η σύγχρονη πυραυλική ιστορία ξεκινά πριν από 100 σχεδόν χρόνια, από την εποχή του Robert Goddard και την εκτόξευση του πρώτου πυραύλου υγρών καυσίμων το 1926. Η ιστορία των διαστημικών ταξιδιών είναι ακόμη συντομότερη. Πριν από 60 σχεδόν χρόνια, το 1957 συνέβη η εκτόξευση του Sputnik. Και είναι πραγματικά ασύλληπτο το γεγονός ότι μέσα σε 10 χρόνια από εκείνη την πρώτη εκτόξευση δορυφόρου, είχαμε την εκτόξευση του Saturn V, του πυραύλου που θα μας οδηγούσε στη Σελήνη. Ο "τρομερός" αυτός πύραυλος είχε ύψος 110,6 μέτρα, αποτελούνταν από 3 εκατομμύρια μέρη και κατά την απογείωση (πριν δηλαδή την απόρριψη των ορόφων του) ζύγιζε 2766913,457 κιλά. Αντλώντας την ισχύ του από 5 μηχανές F-1, οι οποίες παρήγαγαν 3401942,775 κιλά ώθησης, ήταν ο πιο ισχυρός πύραυλος που είχε εκτοξευτεί μέχρι τότε. Δημιούργημα του ευφυούς μηχανικού πυραύλων Wernher Von Braun και της ομάδας του στο Marshall Spaceflight Center, ο πύραυλος αυτός είχε έναν σκοπό: Να μεταφέρει ανθρώπους στο φεγγάρι. Ο πύραυλος αυτός αποτέλεσε την τρανότερη απόδειξη της ανθρώπινης ευφυϊας και της ικανότητάς μας να κατακτήσουμε την τεχνογνωσία που θα μας οδηγούσε έξω από τα όρια του πλανήτη μας. Πώς όμως κατορθώσαμε να αποκτήσουμε αυτή την τεχνογνωσία; Την απάντηση θα την αναζητήσουμε κοιτώντας δύο χιλιάδες χρόνια στο παρελθόν. Οι πύραυλοι αρχικά χρησιμοποιήθηκαν σε εορταστικές τελετές και εκδηλώσεις και σύντομα, συνειδητοποιώντας οι άνθρωποι την ισχύ τους, τους μετέτρεψαν σε πολεμικά εργαλεία. Οι πρώτοι κατασκευαστές πυραύλων δεν γνώριζαν τίποτε από τις θεωρητικές αρχές λειτουργίας τους. Ήταν απλοί τεχνίτες και εμπειρικοί εφευρέτες. Μαθαίνανε σταδιακά από τα λάθη τους, φτιάχνοντας πυραύλους. Η επιστημονική γνώση ήρθε πολύ αργότερα, όμως αυτοί οι πρωτοπόροι, έθεσαν τις βάσεις πάνω στις οποίες στηρίχτηκε η σύγχρονη πυραυλική επιστήμη. Σε ένα γράμμα του προς τον συνάδελφό του Robert Hooke, ο sir Isaac Newton αναφέρει:

"Αν κατάφερα να δω λίγο παραπέρα οφείλεται στο ότι πάτησα πάνω στους ώμους γιγάντων." Η ιστορία λοιπόν των πυραύλων δεν είναι τίποτε άλλο παρά η ιστορία των ανθρώπων. Στην προσπάθειά μας να ιχνηλατήσουμε την εξέλιξη των πυραύλων θα βρούμε τα ίχνη που έχουν αφήσει στην ιστορία της επιστήμης, πολλοί γνωστοί "γίγαντες" αλλά επίσης θα βρούμε και τα ίχνη κάποιων λιγότερων σημαντικών, τους οποίους, πιθανών, να τους ακούτε για πρώτη φορά. Ας ξεκινήσουμε λοιπόν το ταξίδι μας για να δούμε με ποιόν τρόπο αυτοί οι πρωτοπόροι άνοιξαν το δρόμο των διαστημικών ταξιδιών.

Ελληνογαλλική Σχολή Πειραιά «Ο Άγιος Παύλος»

Σελ. 5

Από τη γη στο διάστημα Ιστορία Η Περιστερά του Αρχύτα Η ιστορία των πυραύλων ξεκινά κάπου ανάμεσα στο 428 με 347 π.Χ. όταν ο Αρχύτας, ένας Έλληνας φιλόσοφος, μαθηματικός και αστρονόμος, κατασκεύασε και φέρεται να κατόρθωσε, να πετάξει την πρώτη αυτοκινούμενη ιπτάμενη συσκευή. Δεν έχουμε καμία απεικόνιση αυτής της συσκευής, αλλά περιγράφεται ως ένα περιστέρι μικρού μεγέθους. Έγινε γνωστό ως "Περιστερά του Αρχύτα".

Ανακατασκευή της "Περιστεράς του Αρχύτα" Μουσείο Κοτσανά.

Πρόκειται για την πρώτη αυτόνομη πτητική μηχανή της αρχαιότητας. Αποτελούνταν από ένα ελαφρύ αλλά ισχυρό κέλυφος που είχε τη μορφή περιστεριού και έφερε εσωτερικά τη κύστη ενός μεγάλου ζώου. Η αεροδυναμική περιστερά ήταν τοποθετημένη με το άνοιγμα της κύστης προσαρμοσμένο στο ανοικτό άκρο ενός θερμαινόμενου στεγανού λέβητα (ή μιας ισχυρής εμβολοφόρας αεραντλίας). Όταν η πίεση του ατμού ή του αέρα υπερέβαινε τη μηχανική αντοχή της σύνδεσης, η περιστερά εκτοξευόταν και συνέχιζε την πτήση της για μερικές εκατοντάδες μέτρα, με τη βοήθεια της ορμής του εξερχόμενου πεπιεσμένου αέρα της κύστης, σύμφωνα με τις αρχές της αεροδυναμικής.

Πηγή: http://kotsanas.com/exh.php?exhibit=2001001

Ελληνογαλλική Σχολή Πειραιά «Ο Άγιος Παύλος»

Σελ. 6

Από τη γη στο διάστημα Από την αιολόσφαιρα στα Πύρινα βέλη Ο Ήρων ο Αλεξανδρεύς, (65 μ.Χ - 125 μ.Χ), άλλος ένας Έλληνας εφευρέτης, ανέπτυξε την πρώτη γνωστή συσκευή που μετατρέπει τον ατμό σε περιστροφική κίνηση. Δεν έχουμε καμία απεικόνιση αυτής της συσκευής , που έγινε γνωστή ως "Αιολόσφαιρα του Ήρωνα", αλλά πιστεύεται ότι αποτελείται από μια κοίλη σφαίρα τοποθετημένη στην κορυφή ενός δοχείου με θερμαινόμενο νερό. Το νερό μέσα στο δοχείο γίνεται ατμός και ανεβαίνει στους δυο σωλήνες της σφαίρας, όπου είναι ελεύθερη να περιστρέφεται γύρω από έναν οριζόντιο άξονα. Υπάρχουν δυο λεπτοί σωλήνες σε σχήμα L ή ακροσωλήνια, τα οποία προσαρτώνται στη σφαίρα με τις ελεύθερες άκρες τους να κοιτάνε εφαπτομενικά στη σφαίρα. Ο ατμός έρρεε μέσα στους σωλήνες και έξω από τα ανοίγματα ή τους ακροσωλήνες, και προκαλούσε περιστροφή της σφαίρας σε κατεύθυνση αντίθετη από αυτή της ροής του εξερχόμενου ατμού.

Πηγή: http://kotsanas.com/exh.php?exhibit=0301006 Εκείνη την εποχή, κανένας δεν είχε φυσικά αντιληφθεί πως αυτός ήταν ένας πρώιμος ατμοστρόβιλος αντίδρασης. Ο αιολοκινητήρας του Ήρωνα δεν χρησίμευε σε τίποτα και τον είχαν για παιχνίδι. Ο Ήρων θα χρειαστεί να δημοσιεύσει πολλές μελέτες πάνω στην γεωμετρία, στη μηχανική και στα ρευστά. Και ο πραγματικός αντίκτυπος του καλούμενου «παιχνιδιού» του δεν θα συνειδητοποιούνταν παρά μετά από χιλιάδες χρόνια. Την ίδια περίπου εποχή που ο Ήρων ανέπτυξε την ατμομηχανή του οι Κινέζοι ανέπτυξαν μια απλή μορφή πυρίτιδας. Περιέχοντας νιτρικό κάλιο, θείο και καρβουνόσκονη, αυτή η πυρίτιδα μετά την πυροδότησή της παρήγαγε πολύχρωμες λάμψεις και καπνό. Οι Κινέζοι συνήθιζαν να χρησιμοποιούν αυτά τα "πυροτεχνήματα" σε θρησκευτικές και εορταστικές τελετές. Σύντομα άρχισαν να πειραματίζονται γεμίζοντας σωλήνες μπαμπού με αυτήν την πυρίτιδα. Πρόσεξαν πως αν σφράγιζαν την μια άκρη του σωλήνα με πηλό τότε κατά την έκρηξη η πυρίτιδα εκτοξευόταν απ' την άλλη άκρη παράγοντας ώθηση. Δεν άργησαν να συνειδητοποιήσουν πως αυτά τα "πυροτεχνήματα" θα μπορούσαν να έχουν πολύ καταστρεπτικές συνέπειες αν μετέτρεπαν το σωλήνα σε βλήμα. Σύντομα προσάρμοσαν τους σωλήνες μπαμπού σε βέλη τα οποία εκτόξευαν με τόξα.

Ελληνογαλλική Σχολή Πειραιά «Ο Άγιος Παύλος»

Σελ. 7

Από τη γη στο διάστημα Έτσι γεννήθηκε η ρουκέτα. Η πρώτη αναφορά χρήσης αυτών των πύρινων βελών σε μάχη, ήταν το 1232. Οι Κινέζοι ήταν σε πόλεμο με τους Μογγόλους. Οι Κινέζοι προσάρμοσαν το σωλήνα του μπαμπού σ' ένα μικρό ραβδί. Μετά την πυροδότηση παράγονταν καπνός και τα εκτοξευόμενα από το ανοιχτό άκρο του σωλήνα αέρια, παρήγαγαν την απαιτούμενη ώθηση που προωθούσε το πύρινο βέλος. Η ράβδος χρησίμευε ως καθοδηγητικός μηχανισμός και βοηθούσε τη ρουκέτα να πετά προς μια ορισμένη κατεύθυνση. Οι Κινέζοι είχαν την δυνατότητα να εκτοξεύσουν μεμιάς 100 ρουκέτες.

Κατά τους επόμενους αιώνες, οι Κινέζοι δεν επέφεραν καμμιά βελτίωση στις ρουκέτες τους. Η χρήση τους όμως εξαπλώθηκε στην Ινδία και στην Ευρώπη. Στην τελευταία ήταν, που οι επιστημονικές καινοτομίες της εποχής συνάντησαν καινοτόμους εφευρέτες και παρακίνησαν την τεχνολογική ανάπτυξη των πυραύλων.

Από τον Bacon στο Γαλιλαίο Ένα παράδειγμα αυτών των εξελίξεων προήλθε από τον Ρότζερ Μπέικον, έναν Άγγλο μοναχό, το 13ο αιώνα. Δεν δούλευε όμως με πυραύλους, αλλά με το προωθητικό υλικό: την πυρίτιδα. Στον Μπέικον αποδίδεται η βελτίωση της φόρμουλας της πυρίτιδας που είχε ως αποτέλεσμα μεγάλη αύξηση της εκρηκτικής ισχύος. Ο ίδιος γράφει: "Με χρήση νιτρικού καλίου και άλλων ουσιών, μπορούμε να δημιουργήσουμε τεχνητά μία φλόγα που μπορεί να εκτιναχθεί σε μεγάλες αποστάσεις... Χρησιμοποιώντας μόνο μία πολύ μικρή ποσότητα αυτού του υλικού, μπορεί να δημιουργηθεί πολύ φως συνοδευόμενο από ένα φριχτό θόρυβο. Είναι εφικτό με αυτό να καταστραφεί μία πόλη ή ένας στρατός..." Ο Μπέικον τεκμηρίωσε τις εργασίες του σε χειρόγραφα και βιβλία και αυτό ήταν η απαρχή ενός αυξανόμενου όγκου γνώσεων σχετικών με την πυραυλική επιστήμη.

Μέχρι τον 16ο αιώνα, η χημεία και η μηχανική των πυραύλων γινόταν ευρύτερα γνωστή και στρατιωτικά εγχειρίδια περιείχαν κεφάλαια πάνω στο σχεδιασμό και την κατασκευή πυραύλων. Παρ'όλα αυτά, από Ελληνογαλλική Σχολή Πειραιά «Ο Άγιος Παύλος»

Σελ. 8

Από τη γη στο διάστημα στρατιωτικής πλευράς η χρήση τους ως όπλα ήταν πολύ περιορισμένη. Είναι δύσκολο να απομονώσουμε μία μόνο σημαντική σύλληψη για ανάπτυξη πυραύλων, που είχε θεμελιώδη σημασία για τους πυραύλους που είχαν σχεδιαστεί για ταξίδια στο διάστημα, όμως η συμβολή του Κάζιμιρτς Σιμένοβιτς χρήζει αναφοράς. Ήταν διοικητής στο Πολωνικό Βασιλικό Πυροβολικό και ήταν ειδικός στον τομέα του πυροβολικού. Σπούδασε σχεδιασμό πυραύλων και σύντομα έγινε ειδικός και στην πυραυλική. Λίγο πριν το θάνατό του το 1651 εξέδωσε ένα χειρόγραφο που περιείχε σχέδια για πυραύλους πολλαπλών επιπέδων. Πύραυλος πολλαπλών επιπέδων, είναι ο πύραυλος, που αποτελείται από δύο ή περισσότερα επίπεδα, το καθένα από τα οποία περιέχει τις δικές του μηχανές και προωθητικό υλικό. Η ανάπτυξη πυραύλων σε επίπεδα, θα γινόταν ύψιστης σημασίας τεχνολογία για πυραύλους που είχαν σχεδιαστεί για διαστημικά ταξίδια. Ο Σιμένοβιτς πρότεινε επιπλέον ιδέες, που αργότερα υιοθετήθηκαν από μελλοντικούς σχεδιαστές πυραύλων, όπως μπαταρίες για εκτόξευση στρατιωτικών πυραύλων και τριγωνικούς σταθεροποιητές που αντικατέστησαν τις ράβδους καθοδήγησης.

Καθώς οι εφευρέτες και οι πειραματιστές πυραύλων συνέχιζαν τη δουλειά τους και έκαναν μεγάλες προόδους, οι πύραυλοι δεν απέκτησαν ποτέ, ιδιότητα πρωταρχικού όπλου. Σύντομα, όμως, θα γινόταν μια επανάσταση στην πρόοδο της επιστήμης, που θα έβαζε τα επιστημονικά θεμέλια για την πυραυλική τεχνολογία, που τελικά θα οδηγούσε στις διαστημικές πτήσεις. Κατά τον 16ο και 17ο αιώνα είδαμε απίστευτα επιτεύγματα στην αστρονομία, τη χημεία, τη φυσική και τα μαθηματικά.

Ελληνογαλλική Σχολή Πειραιά «Ο Άγιος Παύλος»

Σελ. 9

Από τη γη στο διάστημα Μεγάλη συνεισφορά σε αυτή την πρόοδο έχει ο Γαλιλαίος, ο Ιταλός αστρονόμος, φυσικομαθηματικός και μηχανικός. Είναι σίγουρο ότι οι περισσότεροι που έμαθαν για το Γαλιλαίο στο σχολείο, όταν ερωτηθούν σχετικά, θα αναφερθούν στη συνεισφορά του στο τηλεσκόπιο και τον ρόλο του στη δημιουργία της σύγχρονης αστρονομίας. Λιγότερο γνωστές είναι οι παρατηρήσεις του σχετικά με την κίνηση. Ο Γαλιλαίος ερεύνησε την επίδραση της βαρύτητας στα σώματα που βρίσκονται σε πτώση και υπέθεσε ότι όλα τα σώματα πέφτουν με ίση επιτάχυνση εάν θεωρήσουμε ότι δεν υπάρχει αντίσταση του αέρα. Ο θρύλος λέει ότι άφησε μπάλες κανονιού από το ίδιο υλικό αλλά με διαφορετικές μάζες να πέσουν από την κορυφή του πύργου της Πίζας για να ελέγξει τη θεωρία του. Δεν υπάρχουν ενδείξεις ότι το έκανε αυτό στην πραγματικότητα. Αντίθετα χρησιμοποίησε κεκλιμένα επίπεδα για να την αποδείξει. Σημείωσε ότι οι μπάλες στα κατηφορικά επίπεδα επιτάχυναν ενώ αυτές στα ανηφορικά επίπεδα επιβράδυναν και σκέφτηκε ότι οι μπάλες που κυλούν σε οριζόντια επίπεδα θα διατηρούσαν σταθερή ταχύτητα.

Μέσω των πειραμάτων του κατάλαβε πως η τριβή είχε και αυτή επίδραση σε αυτά τα σώματα και από αυτό ανέπτυξε την ιδέα της αδράνειας. Ο Γαλιλαίος διατύπωσε το Νόμο της Αδράνειας ως εξής: "Ένα σώμα που κινείται σε οριζόντιο επίπεδο θα συνεχίσει στην ίδια κατεύθυνση με σταθερή ταχύτητα εκτός αν παρεμβληθεί κάτι στο δρόμο του." Η αδράνεια θα αποτελούσε τελικά τη βάση του Πρώτου Νόμου του Νεύτωνα για την Κίνηση, στον οποίο θα αναφερθούμε παρακάτω.

Ελληνογαλλική Σχολή Πειραιά «Ο Άγιος Παύλος»

Σελ. 10

Από τη γη στο διάστημα Ο πρώτος Νόμος του Νεύτωνα Την χρονιά που ο Γαλιλαίος πέθανε γεννήθηκε ο Ισαάκ Nιούτον. Δεν θα μπορούσε να υπάρχει καλύτερη συνέχεια στην αλλαγή της σκυτάλης, από τον ένα μεγάλο επιστήμονα στον επόμενο. Ο Νεύτωνας, ο Άγγλος επιστήμονας και μαθηματικός, ήταν αυτός που άλλαξε το παιχνίδι στις μαθηματικές αρχές της φυσικής φιλοσοφίας. Κατάφερε να περιγράψει πώς δούλευαν οι πύραυλοι με τρεις κομψούς επιστημονικούς νόμους, οι οποίοι λέγονται νόμοι της κίνησης. Ας εμβαθύνουμε στους νόμους αυτούς και ας δούμε πώς εφαρμόζονται στους πυραύλους. Ας αρχίσουμε με τον πρώτο νόμο του Νεύτωνα που λέει πως: "Κάθε σώμα, που βρίσκεται μέσα σε ένα αδρανειακό σύστημα, διατηρεί την κατάσταση ηρεμίας, ή ευθύγραμμης και ομαλής κίνησής του, εφόσον καμία εξωτερική δύναμη δεν επιδρά για τη μεταβολή της δηλαδή εφ' όσον η συνισταμένη των δυνάμεων ισούται με 0". Η λέξη κλειδί είναι "διατηρεί". Ένα σώμα επιμένει να κάνει, οτιδήποτε τυχαίνει να κάνει εκτός και αν ασκείται σ' αυτό δύναμη. Αν ένα σώμα βρίσκεται σε αδράνεια θα παραμείνει σε αδράνεια ή αν ένα σώμα κινείται θα συνεχίσει να κινείται με την ίδια ταχύτητα. Με λίγα λόγια, κάποιου είδους δύναμη πρέπει να ασκηθεί στο σώμα προκειμένου να του αλλάξει την κατάσταση της κίνησής του. Και μια δύναμη είναι απλώς ένα σπρώξιμο ή ένα τράβηγμα. Αυτό συνδέεται απευθείας με την προηγούμενή μας αναφορά στο Γαλιλαίο και στο νόμο της αδράνειας, που είναι η τάση ενός σώματος να αντιστέκεται σε μια αλλαγή της κίνησής του. Στην περίπτωση όπου ο πύραυλος βρίσκεται στον εκτοξευτήρα, βρίσκεται σε κατάσταση ηρεμίας. Όταν η μηχανή του πυραύλου ανάψει, παράγεται μια προωστική δύναμη. Αυτή η προωστική δύναμη αυξάνεται διαρκώς και κάποια στιγμή θα γίνει μεγαλύτερη από το βάρος του πυραύλου και θα τον εκτοξεύσει προς τα πάνω. Ο πύραυλος θα συνεχίσει να επιταχύνεται και η ταχύτητά του θα αυξάνεται, όσο θα συνεχίσει να υπάρχει η προωθητική δύναμη.

Ελληνογαλλική Σχολή Πειραιά «Ο Άγιος Παύλος»

Σελ. 11

Από τη γη στο διάστημα Ο Δεύτερος Νόμος του Νεύτωνα Η μαθηματική έκφραση του Δεύτερου Νόμου του Νέυτωνα είναι απλώς:

𝜮𝑭 = 𝒎 ∙ 𝒂 Όπου ΣF είναι η συνισταμένη δύναμη, m η μάζα και α η επιτάχυνση . Η παρακάτω εικόνα δείχνει πως προκύπτει η παραπάνω εξίσωση .

Τι σημαίνει αυτή η εξίσωση και πως χρησιοποιείται στους πυραύλους? Όταν αναφερόμαστε στην κίνηση εννοούμε συνήθως κίνηση με επιτάχυνση. Αυτή προκύπτει ως αποτέλεσμα μας δύναμης που ασκείται στο σώμα. Ο δεύτερος νόμος του Νεύτωνα εκφράζει τη σχέση ανάμεσα σε αυτή τη δύναμη, την επιτάχυνση και την αδράνεια. Η διατύπωση του Δεύτερου Νόμου έχει ως εξής: "Η επιτάχυνση ενός σώματος είναι ευθέως ανάλογη με τη συνισταμένη δύναμη που ασκείται στο σώμα και αντιστρόφως ανάλογη με τη μάζα του σώματος". Αυτό που σημαίνει είναι ότι εάν η δύναμη αυξάνεται, αυξάνεται και η επιτάχυνση, αλλά τότε η μάζα m μειώνεται. Αυτή η αναλογία εκφράζεται με την εξίσωση:

𝜶=

𝜮𝑭 𝒎

Η τελευταία εξίσωση δεν μοιάζει με την ΣF=m*a. Ας την αποδείξουμε:

𝛴𝐹 = 𝑚 ∙ 𝑎 =>

𝛴𝐹 𝑚 ∙ 𝑎 𝛴𝐹 = => 𝑎 = 𝑚 𝑚 𝑚

Ελληνογαλλική Σχολή Πειραιά «Ο Άγιος Παύλος»

Σελ. 12

Από τη γη στο διάστημα

Ο Δεύτερος Νόμος του Νεύτωνα μας λέει πως για να επιταχύνουμε ένα σώμα πρέπει να ασκήσουμε δύναμη σ’ αυτό. Όσες φορές μεγαλύτερη η δυναμη, τόσες φορές μεγαλύτερη και η επιτάχυνση. Και η επιτάχυνση είναι πάντα στην κατεύθυνση (ίδια διεύθυνση και φορά) της ασκούμενης δύναμης . Αυτό είναι ο,τι συμβαίνει με τον πυραυλο. Η ώθηση είναι η δύναμη που επιταχύνει τον πύραυλο. Και αυτό μας οδηγεί στον τρίτο νόμο του Νεύτωνα.

Ελληνογαλλική Σχολή Πειραιά «Ο Άγιος Παύλος»

Σελ. 13

Από τη γη στο διάστημα Ο Τρίτος Νόμος του Νεύτωνα

Οι δυνάμεις πάντα τυχαίνουν σε ζευγάρια. Στο κολύμπι, για παράδειγμα, οι κινήσεις του χεριού, μας σπρώχνουν το νερό προς τα πίσω και το νερό ασκεί μια δύναμη που μας σπρώχνει μπροστά. Αυτές είναι δυνάμεις δράσης-αντίδρασης και δεν εχει σημασία ποια είναι η δράση και ποια είναι η αντίδραση. Το σημαντικό είναι ότι η μια δεν υπάρχει χωρίς την άλλη.

Ο Νόμος διατυπώνεται ως εξής: «Για κάθε δράση υπάρχει μια αντίθετη αντίδραση».

Παρατηρώντας την παραπάνω εικόνα θα λέγαμε πως αντίδραση είναι η μπλέ δύναμη που αποτελεί την ώθηση δηλ. την κινητήρια δύναμη του πυραύλου. Δράση είναι η μαύρη δύναμη, η οποία ασκείται στα αέρια που εξέρχονται από τον πύραυλο. Προσέξτε πως οι δύο δυνάμεις δεν ασκούνται στο ίδιο σώμα. Η δράση (μαύρη δύναμη) ασκείται στα εξερχόμενα αέρια. Ταυτόχρονα, εμφανίζεται στον πύραυλο η αντίδραση (μπλέ δύναμη) που τον ωθεί. Ο Νεύτωνας λοιπόν με τους τρείς Νόμους του έθεσε τις επιστημονικές βάσεις για την ανάπτυξη της πυραυλικής.

Ελληνογαλλική Σχολή Πειραιά «Ο Άγιος Παύλος»

Σελ. 14

Από τη γη στο διάστημα Οι πύραυλοι της Αστερόεσσας Παρ’ όλο που, όπως είδαμε, ο Νεύτωνας έθεσε τα επιστημονικά θεμέλια της πυραυλικής επιστήμης, καμμία πρόοδος δεν είχε επιτευχθεί μέχρι την εποχή του συνταγματάρχη Congreve.

O Congreve ήταν εξειδικευμένος αξιωματικός του Βρετανικού πυροβολικού, που έζησε στα τέλη του 18 ου και αρχές 19ου αιώνα. Μέχρι εκείνη την εποχή η χρήση των ρουκετών είχε περάσει από την Κίνα, τόσο στην Ευρώπη όσο και στην Ινδία. Η χρήση ρουκετών από τον Ινδό σουλτάνο Tipoo στις νικηφόρες μάχες του εναντίον των Βρετανών το 1792 και το 1799 αποτέλεσαν γεγονότα που ενέπνευσαν τον Congreve. Τότε μπόρεσε και είδε τις μεγάλες δυνατότητες που άνοιγε η χρήση των ρουκετών στη μάχη. Οι ρουκέτες εκείνη την εποχή παρέμεναν σε πρωτόγονη μορφή και έτσι έθεσε ως στόχο του να τις μετατρέψει σε ένα αποτελεσματικό όπλο.

Ο Congreve αντιλήφθηκε την υπεροχή των ρουκετών σε σχέση με τα κανόνια. Ήταν φορητές, δεν χρειάζονταν ειδικές ρυθμίσεις προκειμένου να εκτοξευτούν μιάς και το προωθητικό υλικό περιέχονταν εσωτερικά. Δεν «κλωτσούσαν» όπως τα κανόνια, με αποτέλεσμα να μην χρειάζεται διόρθωση της τροχιάς του βλήματος. Έτσι στις αρχές του 1800 βάλθηκε να αναπτύξει ένα πρότυπο ρουκετών . Τυποποιώντας τα διαφορετικά μέρη του πυραύλου και τις τεχνικές παραγωγής τους, επέδρασε σημαντικά στην πυραυλική επιστήμη.  Ξεκίνησε τυποποιώντας τη σύσταση της πυρίτιδας και ανέπτυξε βελτιωμένες τεχνικές επιγόμωσης των ρουκετών.  Ενσωμάτωσε νέα υλικά στην κατασκευή, όπως οι λαμαρίνες, που επέτρεψαν υψηλότερες πιέσεις λόγω καύσης, παράγοντας έτσι μεγαλύτερη πρόωση.  Επινόησε ένα πρόγραμμα δοκιμής πτήσεων στο οποίο υποβάλλονταν οι ρουκέτες πριν τεθούν στη διάθεση του στρατού. Μπορούμε λοιπόν να πούμε πως υπήρξε πραγματικά, ο πρώτος μηχανικός πυραύλων. Χάρις στις εργασίες του το βεληνεκές των πυραύλων αυξήθηκε από τις 200 στις 3000 γιάρδες. (200 γιάρδες = 182,88 μέτρα, 3000 γιάρδες = 2743,2 μέτρα). Ο Congreve δημιούργησε μια σειρά βελτιωμένων πυραύλων τους οποίους χρησιμοποίησε ο Βρετανικός στρατός για πολλά χρόνια μετά. Κατά τη διάρκεια μιάς μάχης εκτοξεύονταν χιλιάδες τέτοιοι πύραυλοι. Οι πύραυλοι του Congreve έχουν τη θέση τους και στην Αμερικανική στρατιωτική ιστορία, καθώς χρησιμοποιήθηκαν στη μάχη του οχυρού McHenry στον πόλεμο του 1812.

Ελληνογαλλική Σχολή Πειραιά «Ο Άγιος Παύλος»

Σελ. 15

Από τη γη στο διάστημα

Γράφει λοιπόν ο ποιητής Francis Scott Key τον περίφημο στίχο: «And the rocket's red glare, the bombs bursting in air» που σε μετάφραση από τη διαδικτυακή Wikipedia, σημαίνει: «Και η κόκκινη λάμψη των πυραύλων, οι βόμβες που σκάγαν στον αέρα ». Ο στίχος αυτός περιέχεται στην «Αστερόεσσα σημαία», τον Εθνικό ύμνο των Η.Π.Α. Οι πύραυλοι στους οποίους αναφέρεται είναι οι πύραυλοι του Congreve.

Ελληνογαλλική Σχολή Πειραιά «Ο Άγιος Παύλος»

Σελ. 16

Από τη γη στο διάστημα Οι πύραυλοι στη μάχη

Οι Βρετανοί εισήγαγαν λοιπόν την πολεμική χρήση των πυραύλων στην περιβόητη μάχη του οχυρού McHenry τo 1812. Συνολικά, οι Βρετανοί εκτόξευσαν περίπου 600 με 700 ρουκέτες κατά τη διάρκεια της εικοσιπεντάωρης επίθεσης, αλλά αυτές δεν έφεραν κάποιο αποτέλεσμα καθώς οι περισσότερες κατέληξαν μέσα στον όρμο. Πράγματι, μόνο τρεις θάνατοι αποδόθηκαν στους πυραύλους Congreve μέσα σε πάνω από τρία χρόνια πολέμου. Αλλά όταν κάποιο όπλο εισάγεται στο πολεμικό σκηνικό, η χρήση του συνήθως εξαπλώνεται. Οι πύραυλοι ήταν κάτι καινούριο και ο Αμερικανικός στρατός ήθελε να ερευνήσει τις δυνατότητες τους στο πεδίο της μάχης μετά τον πόλεμο. Το Αμερικανικό Τμήμα Πυροβολικού ανέλαβε να εξακριβώσει αν οι πύραυλοι είχαν εφαρμογές για τον Αμερικανικό στρατό. Στη δεκαετία του 1820, μελέτησαν τα σχέδια των πυραύλων που χρησιμοποιούνταν σε άλλες χώρες και δοκίμασαν πολλούς από αυτούς. Η αρχική τους εκτίμηση ήταν ότι οι πύραυλοι δεν θα ήταν χρησιμοι στο πεδίο της μάχης. Το πρόβλημα ήταν ότι οι πύραυλοι εκείνης της εποχής συνήθως δεν πήγαιναν εκεί που έπρεπε. Αν και βοηθούσαν στον παράγοντα του φόβου καθώς οι εχθροί τους φοβούνταν, δεν είχαν επίδραση στην τακτική.

Ο άνθρωπος που έπαιξε καθοριστικό ρόλο στην διερεύνηση των χρήσεων των πυραύλων και στην ενσωμάτωση τους στον στρατό, ήταν ο Άλφρεντ Μόρντεκαϊ. Ο Μόρντεκαϊ ήταν ένας νεαρός αξιωματικός του στρατού και διορίστηκε αρχηγός στο Τμήμα Πυροβολικού. Αποφοίτησε πρώτος στην τάξη του στο Γουέστ Πόιντ και γρήγορα ενδιαφέρθηκε για το πυροβολικό. Οι πύραυλοι ήταν επέκταση αυτού του ενδιαφέροντος και τα επόμενα χρόνια είχε μεγάλη συμμετοχή στον πειραματισμό και στις δοκιμές πυραύλων ως μέρος των καθηκόντων του. Διηύθυνε επίσης τη δημιουργία του πρώτου αμερικανικού πυραυλικού συστήματος, το οποίο χρησιμοποιήθηκε στον πόλεμο του Μεξικού που ξέσπασε τον Απρίλιο του 1846.

Καθώς χώρες όπως οι Η.Π.Α συνέχιζαν να πειραματίζονται και να δοκιμάζουν πυραύλους, αυτοί παρέμεναν σχετικά πρωτόγονα όπλα ακόμα και με τις τεχνολογικές προόδους. Αυτό θα άλλαζε σύντομα. Το 1844, ένας Βρετανός εφευρέτης από το Λονδίνο ονόματι Γουίλιαμ Χέηλ εισήγαγε μια καινοτομία που θα καθιστούσε τους πυραύλους πιo αποτελεσματικούς ως όπλα. Η ιδέα του ωθούσε τον πύραυλο να περιστραφεί, σταθεροποιώντας την τροχιά του και βελτιώνοντας την ακρίβειά του. Μέχρι τότε χρησιμοποιούνταν ράβδοι καθοδήγησης, οι οποίες όμως ήταν ογκώδεις και δύσχρηστες και βοηθούσαν ελάχιστα στη σταθεροποίηση.

Ελληνογαλλική Σχολή Πειραιά «Ο Άγιος Παύλος»

Σελ. 17

Από τη γη στο διάστημα

Η ιδέα του Χέηλ ήταν απλή και ευφυής. Μαζί με το κύριο ακροφύσιο που χρησιμοποιούσαν για να προωθεί τον πύραυλο, ο Χέηλ πρόσθεσε πέντε μικρές οπές εξάτμισης στη βασική πλάκα του πυραύλου, οι οποίες παρήγαγαν ροπή αρκετή για να περιστραφεί ο πύραυλος. Σε μετέπειτα σχέδιο, προσθέτει επίσης τρία καμπυλωτά πτερύγια στη βασική πλάκα. Εισήγαγε αυτό το σχέδιο και κατοχύρωσε την ευρεσιτεχνία το 1866. Η σταθεροποίηση μέσω περιστροφής βελτίωσε σημαντικά την ακρίβεια των πυραύλων και βοήθησε τους πυραύλους του Χέηλ να γίνουν δημοφιλείς στις Ηνωμένες Πολιτείες και σε άλλες χώρες, όπως η Γαλλία, η Πρωσία και η Ρωσία. Η επίδειξη των νέων πυραύλων έγινε στις Η.Π.Α στα τέλη του 1846 και, ευχαριστημένος με την βελτίωση, ο στρατός συμφώνησε για την αγορά τους. Η κατασκευή και οι δοκιμές έγιναν υπό την επίβλεψη του Μόρντεκαϊ και οι πύραυλοι πέρασαν τις δοκιμασίες και τέθηκαν σε παραγωγή τον Ιανουάριο του 1847. Επρόκειτο για μία πολύ γρήγορη καμπή όσον αφορά τη δημιουργία ενός νέου οπλικού συστήματος. Αυτοί οι πύραυλοι χρησιμοποιήθηκαν μόλις δύο μήνες μετά, κατά τη διάρκεια του πολέμου του Μεξικού. Ο στρατηγός Γουίνφιλντ Σκοτ οδήγησε ένα πυραυλικό σύστημα κατά ενός ισχυρά οχυρωμένου καταυλισμού Μεξικανών στρατιωτών στην πόλη της Βέρακρουζ. Εκτοξεύτηκαν σαράντα πύραυλοι τη νύχτα της 24ης Μαρτίου. Χρησιμοποιήθηκαν αρκετές ακόμα φορές κατά τη διάρκεια του πολέμου, αλλά δεν είχαν μεγάλη επίδραση. Εκτοξεύτηκαν δύο τύποι πυραύλων Χέηλ: των 5 εκατοστών, με βεληνεκές 1100 μέτρων και των 7,5 εκατοστών με βεληνεκές 1555 μέτρων. Το πυραυλικό σύστημα τελικά σταμάτησε να χρησιμοποιείται το 1848, αλλά ο Μόρντεκαϊ συνέχισε να πειραματίζεται με πυραύλους για αρκετά χρόνια.

Ελληνογαλλική Σχολή Πειραιά «Ο Άγιος Παύλος»

Σελ. 18

Από τη γη στο διάστημα Η χρήση των πυραύλων σύντομα έπεσε στην εκτίμηση του αμερικανικού στρατού διότι αποδείχθηκαν μη αποτελεσματικοί, κάτι που συνέπεσε και με την εμφάνιση βελτιωμένης τεχνολογίας στο πυροβολικό. Ο Μόρντεκαϊ θα διακρινόταν σε αυτό το πεδίο εκδίδοντας το εγχειρίδιο: “Το πυροβολικό για το πεζικό των Η.Π.Α” το 1849. Αυτό έγινε ο απόλυτος οδηγός για τον αμερικανικό στρατό και εισήγαγε μια περίοδο υπεροχής της χρήσης του πυροβολικού. Χαρακτηριστικά διαβάζουμε σε μία έκθεση που συνέταξε ο επικεφαλής του πυροβολικού του στρατού, Γεώργιος Ράμσεϊ, στον οποίο είχε ανατεθεί η επανεξέταση της αποτελεσματικότητας των πυραύλων: “Οι εμπειρίες με τα πυραυλικά συστήματα στον πόλεμο δεν ήταν θετικές για την χρησιμότητά τους. Οι πύραυλοι έχουν μικρό βεληνεκές και ακρίβεια σε σύγκριση με τα κανόνια και τα βλήματα που χρησιμοποιούνται τώρα". Η εκτίμηση του Ράμσεϊ αποδείχθηκε σωστή. Κατά τη διάρκεια του Εμφυλίου Πολέμου των Η.Π.Α, οι πύραυλοι χρησιμοποιήθηκαν μόνο σποραδικά, τόσο από τις δυνάμεις της Ένωσης όσο και από αυτές της Συνομοσπονδίας, με μικρό αντίκτυπο. Το πυροβολικό ήταν το κυρίαρχο όπλο στο πεδίο της μάχης.

Ελληνογαλλική Σχολή Πειραιά «Ο Άγιος Παύλος»

Σελ. 19

Από τη γη στο διάστημα Πυροβολικό έναντι πυραύλων Καθώς ο Αμερικανικός στρατός πειραματιζόταν με τους πυραύλους, η εξάπλωσή τους σε όλο τον κόσμο όλο και μεγάλωνε. Οπουδήποτε ήταν η Βρετανική Αυτοκρατορία, χρησιμοποιούσαν πυραύλους. Αυτός ο χάρτης απεικονίζει σε ποιές χώρες στο κόσμο χρησιμοποιούνταν πύραυλοι, στα μέσα του 1800.

Είναι μια μακριά λίστα που περιλαμβάνει τις εξής χώρες: Μεγάλη Βρετανία, Αυστρία, Δανία, Γαλλία, Πολωνία, Ρωσία, Σουηδία, Ελβετία, Ελλάδα, Ουγγαρία, Ιταλία, Κάτω Χώρες, Πορτογαλία ,Ισπανία, Ινδία, Κίνα, Χιλή, Αργεντινή, Μεξικό, Παραγουάη και το Περού. Αλλά όπως και στις Η.Π.Α. , πριν τον Αμερικάνικο εμφύλιο πόλεμο, η τεχνολογία του πυροβολικού αναπτυσσόταν με τέτοιους ρυθμούς, ώστε σύντομα θα γινόταν το όπλο της επιλογής στα πεδία των μαχών. Ένα σημαντικό πλεονέκτημα ήταν η εισαγωγή των κανών των τουφεκιών. Η ελικοειδής ράβδωση της κάνης του τουφεκιού, ήταν ένα σύστημα από ραβδώσεις που είχαν τοποθετηθεί στο εσωτερικό της και το οποίο προκαλούσε την περιστροφή του βλήματος, καθώς αυτό εξερχόταν από την κάνη. Αυτό ενίσχυσε σε μεγάλο βαθμό την τροχιά και την ακρίβεια του βλήματος. Η ικανότητα της εμπροσθογέμισης, αντί της οπισθογέμισης, ενίσχυσε την αποδοτικότητα και τη ταχύτητα της πυροβολαρχίας. Με αυτές τις βελτιώσεις στο πυροβολικό, οι πύραυλοι υποβιβάστηκαν στο να αποτελούν το μέσον φωτισμού του πεδίου της μάχης, αφού όπως είπαμε η πολεμική χρήση τους είχε κριθεί αναποτελεσματική. Θα περνούσαν άλλα 80 σχεδόν χρόνια,ως τον Β' Παγκόσμιο Πόλεμο, μέχρι να γίνει η εισαγωγή της πραγματικής εποχής των πυραύλων στις εχθροπραξίες.

Ελληνογαλλική Σχολή Πειραιά «Ο Άγιος Παύλος»

Σελ. 20

Από τη γη στο διάστημα Επιστημονική φαντασία και Λογοτεχνία. Έχετε άραγε αναρωτηθεί αν και σε ποιο βαθμό, οι τεχνολογικές εξελίξεις επηρέασαν τους συγγραφείς επιστημονικής φαντασίας και τους λογοτέχνες εκείνης της εποχής; Ή μήπως συνέβη το αντίθετο; Μήπως δηλαδή οι συγγραφείς, με τη φαντασία τους, ενέπνευσαν τους επιστήμονες ώστε να πραγματοποιήσουν κάποιες από τις φανταστικές τεχνολογίες των συγγραφέων; Το 2005 προβλήθηκε ένα τηλεοπτικό ντοκυμαντέρ με τίτλο: «Πώς ο William Shatner άλλαξε τον κόσμο». Αυτό το ντοκυμαντέρ μας έδειχνε με ποιόν τρόπο, καθημερινοί άνθρωποι, εμπνεύστηκαν από την τηλεοπτική σειρά «Star Trek» ώστε να οραματιστούν και να σχεδιάσουν τελικά νέες τεχνολογίες. Αναφέρθηκε λοιπόν πως ο Martin Cooper, αρχιμηχανικός της εταιρείας τηλεπικοινωνιών Motorola, σχεδίασε το πρώτο κινητό τηλέφωνο εμπνεόμενος από το σύστημα επικοινωνίας του διαστημοπλοίου Enterprise.

Μάλιστα στο ντοκυμαντέρ αναφέρθηκαν και οι ομοιότητες του συστήματος αυτού όπως παρουσιάζονταν στο σήριαλ, με το πρώτο κινητό τηλέφωνο που ο Cooper είχε επινοήσει. Σε άλλη συνέντευξή του ο Cooper είχε πει πως για τη δημιουργία του κινητού τηλεφώνου επηρεάστηκε από ένα άλλο σήριαλ τον “Dick Tracy”. Όποια και να είναι τελικά η αλήθεια, είναι βέβαιο πως η επιστημονική φαντασία έπαιξε τον καθοριστικό ρόλο στην ανακάλυψη του κινητού τηλεφώνου. Ας γυρίσουμε στα μέσα της δεκαετίας του 1860. Οι πύραυλοι είχαν εγκαταλειφθεί μόνο ως όπλο στα πεδία των μαχών. Η επιστημονική φαντασία θα μετέτρεπε τους πυραύλους από όπλο, σε μέσον για τη μεταφορά των ανθρώπων στο διάστημα. Ένα έργο επιστημονικής φαντασίας εκείνης της εποχής, θα είχε τη μεγαλύτερη επίδραση όχι μόνο όσον αφορά την αντίληψη του κοινού για τους πυραύλους αλλά και όσον αφορά τον τρόπο με τον οποίο επίδρασε στη σκέψη των πρωτοπόρων της πυραυλικής επιστήμης οι οποίοι άνοιξαν τελικά τον δρόμο ώστε το ανθρώπινο είδος να ξεφύγει από τα όρια του πλανήτη μας. Πρόκειται για το γνωστό βιβλίο του Ιουλίου Βερν με τίτλο: «Από τη Γη στη Σελήνη».

Ελληνογαλλική Σχολή Πειραιά «Ο Άγιος Παύλος»

Σελ. 21

Από τη γη στο διάστημα Ο Ιούλιος Βερν, ένας Γάλλος συγγραφέας, δημοσίευσε αυτό το μυθιστόρημα το 1865. Εξήρε τη φαντασία των ανθρώπων με την ιδέα των διαστημικών ταξιδιών που περιέγραφε. Συγκεκριμένα, περιέγραφε πώς η Λέσχη όπλων Βαλτιμόρης χρησιμοποίησε ένα μεγάλο κανόνι για να εκτοξεύσει ένα επανδρωμένο βλήμα στη Σελήνη. Παρ’ όλο που στο βιβλίο δεν γίνεται αναφορά σε πύραυλο, υπάρχουν ορισμένες προφητικές πτυχές που συνδέονται με την πρώτη επανδρωμένη πτήση του διαστημοπλοίου Apollo 11 στη Σελήνη. Συγκεκριμένα, το επανδρωμένο βλήμα στο οποίο αναφέρεται ο Βερν λεγόταν Columbiad και είχε τριμελές πλήρωμα.

Η εκτόξευσή του, όπως περιγράφει ο Γάλλος συγγραφέας, έγινε από τη Φλόριντα. Η αποστολή Apollo 11 ήταν τριμελής, το σκάφος λεγόταν Columbia και η εκτόξευση έγινε από τη Φλόριντα. Και ο Βερν πολύ σωστά περιγράφει στο βιβλίο του πως το πλήρωμα κατά τη διάρκεια του ταξιδιού στη Σελήνη ένοιωθε την έλλειψη βαρύτητας. Φυσικά, η φυσική του Βερν ήταν λάθος! Η επιτάχυνση που θα αποκτούσε το βλήμα μετά την εκτόξευσή του από το κανόνι, με βάση τους φυσικούς νόμους, θα έπρεπε να έχει σκοτώσει το πλήρωμα του Columbiad. Αυτό βέβαια, διόλου δεν ενόχλησε το αναγνωστικό κοινό της εποχής, το οποίο γοητεύτηκε από το βιβλίο. Έτσι και οι πρωτοπόροι της πυραυλικής επιστήμης: Konstantin Tsiolkovsky, Herman Oberth, Robert Goddard, Wehner von Braun και Serge Korolev, εμπνεύστηκαν από το βιβλίο και οραματίστηκαν το πέρασμα της ανθρωπότητας σε άλλους πλανήτες μέσω των διαστημικών ταξιδιών.

Ελληνογαλλική Σχολή Πειραιά «Ο Άγιος Παύλος»

Σελ. 22

Από τη γη στο διάστημα

Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky

Ας επικεντρωθούμε σε τρεις σπουδαίους ειδικούς των πυραύλων: Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky, Robert Esnault-Pelterie και Herman Oberth. Αυτό που είναι εντυπωσιακό, με τους τρεις αυτούς κυρίους, είναι ότι ανέπτυξαν τις θεωρίες τους ξεχωριστά. Αυτοί οι άνθρωποι, χρησιμοποιώντας τα μαθηματικά και τη φυσική, κατάφεραν να κάνουν εκτενείς υπολογισμούς που αποδείκνυαν την πιθανότητα να χρησιμοποιηθούν οι πύραυλοι στα ταξίδια στο διάστημα. Ανέπτυξαν επίσης μοντέλα για μηχανές και πυραύλους και σε μερικές περιπτώσεις έφτιαξαν και πέταξαν πυραύλους. Ο Τσιολκόφσκι φαντάστηκε πολλά πράγματα τα οποία θα τα κατάφερναν μελλοντικοί κατασκευαστές πυραύλων όπως έναν πύραυλο τριών σταδίων και έναν διαστημικό σταθμό.

Ο Τσιολκόφσκι όταν ήταν 10 χρονών υπέφερε από μια αρρώστια που τον έκανε τελείως κουφό. Εξαιτίας αυτού αποβλήθηκε απ' το σχολείο. Δεν είχε κουράγιο στην αρχή, αλλά οδηγήθηκε να αυτοδιδάσκεται. Στα 16 του, ο πατέρας του τον έστειλε να επισκεφτεί τη Μόσχα. Η Μόσχα του προσέφερε προσβασιμότητα σε μια βιβλιοθήκη και όγκο πληροφοριών. Εκεί, για πρώτη φορά, διάβασε ένα βιβλίο του Ιούλιου Βερν και εντυπωσιάστηκε από τα ταξίδια στο διάστημα. Δοκίμασε μερικά πειράματα αλλά μετά κατάλαβε ότι δεν είχε τις επαρκείς γνώσεις για να αποδείξει τις θεωρίες του. Οπότε, άρχισε να μελετάει μαθηματικά φυσική χημεία και μηχανική. Έπειτα από τρία χρόνια σπουδών γύρισε πίσω στη Μόσχα όπου τελικα πέρασε εξετάσεις που τον έκαναν καθηγητή. Ένα από τα πειράματά του, ήταν να φτιάξει ένα φυγοκεντρητή για να μελετήσει την επήρεια της βαρύτητας . Συνέχισε να διδάσκει στο λύκειο και έγραψε εργασίες επιστημονικής φαντασίας. Και με την πείρα του τώρα στα μαθηματικά και τη φυσική, υπολόγισε ότι το διαστημικό σκάφος του Ιουλίου Βερν , χρησιμοποιώντας ένα κανόνι, θα δημιουργούσε δυνάμεις επιτάχυνσης που θα σκότωναν τους επιβαίνοντες. Ακόμα ανικανοποίητος, εργάστηκε για να αναπτύξει μια βασική ιδέα για την προώθηση των πυραύλων . Το έργο του κατέληξε στο άρθρο του με τίτλο «Η Διερεύνηση του Διαστήματος μέσω συσκευής αντιδράσεως." Το άρθρο τελικά δόθηκε στη δημοσιότητα το 1903, στην Επιστημονική Επιθεώρηση (Scientific Review) και περιελάμβανε δύο πολύ σημαντικά ευρήματα, που θα επηρέαζαν την ανάπτυξη πυραύλων για χρόνια. Αναγνώρισε ότι το στερεό Ελληνογαλλική Σχολή Πειραιά «Ο Άγιος Παύλος»

Σελ. 23

Από τη γη στο διάστημα προωθητικό, που ήταν το κύριο προωθητικό για τους πυραύλους εκείνη την εποχή , δεν μπορεί να παράγει αρκετή ενέργεια για διαστημικά ταξίδια και πρότεινε τη χρήση του υγρού οξυγόνου και υγρού υδρογόνου. Τα καύσιμα αυτά είναι ικανά να παρέχουν υψηλότερες ταχύτητες των εξατμιζόμενων αερίων, όπως ο ίδιος σημείωνε, καθώς η ταχύτητα και το εύρος ενός πυραύλου περιορίζονταν από την ταχύτητα εξόδου των αερίων που διέφευγαν. Από αυτό, ήταν σε θέση να διατυπώσει την πυραύλικη του εξίσωση, η οποία περιέγραφε τη "δυναμική σωμάτων μεταβλητής μάζας για δεδομένη ποσότητα προωθητικών καυσαερίων. " Θα πρέπει να σημειωθεί ότι Tsiolkovsky δεν ήταν ένας κατασκευαστής πυραύλων. Το έργο του πάνω στους πυραύλους ήταν σε θεωρητικό και εννοιολογικό επίπεδο και συνεχίστηκε μέχρι πολύ αργά στη ζωή του. Το 1926 πρότεινε ακόμη και τη χρήση τεχνητών δορυφόρων της γης, διαστημικούς σταθμούς που θα χρησιμοποιούνταν ως σημεία εκτόξευσης πυραύλων για διαπλανητικά ταξίδια, και το 1929 έβαλε μπρος την ιδέα του για ένα πύραυλο τριων σταδίων ακριβώς όπως το Saturn V, που θα μετέφερε αστροναύτες στο φεγγάρι. Μέχρι τη στιγμή του θανάτου του, το 1935, ο Tsiolkovsky άφησε μια κληρονομιά με περισσότερα από 400 έργα, στα οποία περιλαμβάνονται τα σχέδια των ρουκετών τζετ, οι υπολογισμοί του σχετικά με τους πυραύλους, φιλοσοφικά έργα και μυθιστορήματα για διαστρικά ταξίδια . Τα έργα του θα περάσουν απαρατήρητα έξω από τα σύνορα της Ρωσίας, για την οποία υπήρξε ο πατέρας της Κοσμοναυτικής. Και το έργο του ενέπνευσε την επόμενη γενιά Ρώσων πυραυλικών επιστημόνων και μηχανικών, συμπεριλαμβανομένου του θρυλικού Sergei Korolev, ο οποίος θα σχεδιάσει τον πύραυλο που εκτόξευσε τον δορυφόρο Sputnik.

Όπως έγραφε ο Korolev: "Η επιστημονική κληρονομιά του Tsiolkovsky μεταφέθηκε στο Μπολσεβίκικο Κόμμα και το σοβιετικό κράτος. . . Και αναπτύσσεται και συνεχίζεται με επιτυχία από τους σοβιετικούς επιστήμονες. " Ο Tsiolkovsky είδε το διαστημικό ταξίδι ως τρόπο να ωφεληθούν οι μακροπρόθεσμες προοπτικές της ανθρωπότητας. Ένα από τα πιο διάσημα λόγια του είναι: «Η Γη είναι το λίκνο της ανθρωπότητας, αλλά κανείς δεν μπορεί να ζήσει σε ένα λίκνο για πάντα". Ελληνογαλλική Σχολή Πειραιά «Ο Άγιος Παύλος»

Σελ. 24

Από τη γη στο διάστημα

Ελληνογαλλική Σχολή Πειραιά «Ο Άγιος Παύλος»

Σελ. 25

Από τη γη στο διάστημα

Robert Esnault-Pelterie

Ας ταξιδέψουμε στην Γαλλία, για να μελετήσουμε τη συνεισφορά του Robert Esnault-Pelterie. Ο Esnault-Pelterie, γνωστός για τα αρχικά γράμματα REP, γεννήθηκε στο Παρίσι στις 8 Νοεμβρίου του 1881. Απέκτησε διάφορα πτυχία πάνω στις Φυσικές Επιστήμες, στη Σορβόννη, περιλαμβανομένων και των σπουδών Μηχανικής και έγινε ένας πολύ επιτυχημένος μηχανικός και εφευρέτης.

Ο REP δεν συνεισέφερε μόνο στην ανάπτυξη των πυραύλων αλλά ήταν και πολύ καλός αεροπόρος και κατασκευαστής αεροσκαφών. Για την ακρίβεια ήταν το τέταρτο άτομο στη Γαλλία που απέκτησε δίπλωμα πιλότου. Στην αρχή της καριέρας του, ως μηχανικός αεροσκαφών, αποπειράθηκε να κατασκευάσει ένα αντίγραφο του ανεμοπλάνου των αδερφών Wright. Επειδή δεν πέτυχε, έστρεψε την προσοχή του στο να κατασκευάσει ένα δικό του αεροπλάνο. Το 1907, σχεδίασε, κατασκεύασε και πέταξε το REP 1.

Ήταν ένα αεροπλάνο κατασκευασμένο αποκλειστικά από μέταλλο το οποίο μετέφερε πολλές καινοτομίες που μας είναι γνωστές σήμερα ως τα πηδάλια κλίσης, το χειριστήριο ακόμη και τις ζώνες ασφαλείας. Ένα ατυχές περιστατικό το 1908, θα τέλειωνε την καριέρα του ως αεροπόρου. Αλλά ο REP, έστρεψε την προσοχή του αυτή τη φορά στους πυραύλους. Στην πρώτη του δημόσια διάλεξη στην Γαλλία, ο REP παρουσίασε μια εργασία στην Ένωση φυσικών της Γαλλίας στις 12 Νοεμβρίου του 1912. Η ομιλία του είχε τον τίτλο: «Θεώρηση των συμπερασμάτων της απεριόριστης λάμψης των κινητήρων». Σε αυτή την εργασία του, o REP εξέτασε τα προβλήματα ενός ταξιδιού στο διάστημα συμπεριλαμβάνοντας την χρήση προωθητικών υδρογόνου και οξυγόνου, τις ώρες πτήσης ενός ταξιδιού από τη γη στο διάστημα, ακόμη πρότεινε τη χρήση της ατομικής ενέργειας για ταξίδια στο διάστημα. Οι εικασίες του REP δεν βασίζονταν σε εκτεταμένη έρευνα από την πλευρά του, αλλά τα μεταγενέστερα επιτεύγματα του, θα οδηγούσαν στην δημιουργία ενός νέου πεδίου της επιστήμης, την αστροναυτική. Το 1930, δημοσίευσε το βιβλίο L' Astronautique, όπου ανέφερε για πρώτη φορά τον όρο αστροναυτική. Ελληνογαλλική Σχολή Πειραιά «Ο Άγιος Παύλος»

Σελ. 26

Από τη γη στο διάστημα

Το 1934, δημοσίευσε ένα συμπλήρωμα στην αρχική του δουλειά. Σε αυτούς τους 2 τόμους , ο REP κάλυψε πρακτικά, όλα αυτά που ήταν γνωστά για την πυραυλική και τα ταξίδια στο διάστημα, εκείνη την περίοδο. Μελέτησε την κίνηση των πυραύλων σε κενό, τους συνδιασμούς των οξειδωτών αερίων καυσίμων καθώς και τις εφαρμογές των πυραύλων για αποστολές στο φεγγάρι και τους πλανήτες. Υπήρξε η πιο ολοκληρωμένη εργασία πάνω στο σχεδιασμό των πυραύλων και τα διαστημικά ταξίδια, μέχρι εκείνη την εποχή. Μια από τις ιδέες του μάλιστα υπήρξε πολύ προφητική: η ανάπτυξη των βαλλιστικών πυραύλων οι οποίοι θα μπορούσαν να μεταφέρουν φορτία σε μεγάλες απόστάσεις. Αποτέλεσε το πρελούδιο για την ανάπτυξη των ρουκετών Β1 και Β2, που ανέπτυξαν οι Γερμανοί κατά τον Β’ Παγκόσμιο πόλεμο. Το 1930 ο REP πήγε να δουλέψει για την Γαλλική κυβέρνηση πάνω στις δοκιμές των πυραυλοκινητήρων. Κατά τη διάρκεια μιάς δοκιμής, το 1931, χρησιμοποιώντας τετρανιτρομεθάνιο ως καύσιμο, έγινε μια έκρηξη και έχασε τα τρία δάχτυλα του δεξιού χεριού του. Κατασκεύασε έναν κινητήρα που παρήγαγε 660 λίβρες ώσης. (660 λίβρες=300 κιλά). Αλλά η εργασία αυτή αποδείχθηκε ασαφής και διεκόπη από το ξέσπασμα του Δευτέρου Παγκοσμίου Πολέμου το 1939. Οι εργασίες του REP, όπως και του Chiolkovsky, ήταν θεωρητικές κυρίως. Άφησαν όμως σημαντική κληρονομιά στους επερχόμενους επιστήμονες της πυραυλικής και της αστροναυτικής. Μια από τις ιδέες του REP που επιζούν ακόμα και σήμερα, είναι το σύστημα διεύθυνσης πυραύλων με αρθρωτό- περιστρεφόμενο ακροφύσιο. Αυτό χρησιμοποιείται σήμερα σε όλα τα διαστημικά οχήματα. Ο REP πέθανε το Νοέμβριο του 1957 στη Γενεύη της Ελβετίας.

Ελληνογαλλική Σχολή Πειραιά «Ο Άγιος Παύλος»

Σελ. 27

Από τη γη στο διάστημα

Herman Oberth Συνεχίζουμε το ταξίδι μας με τους οραματιστές των πυραύλων, πηγαίνοντας στη Γερμανία, για να μάθουμε για τον τρίτο από αυτούς, τον Χέρμαν Όμπερθ. Ο Όμπερθ γεννήθηκε στις 25 Ιουνίου 1894 στην Αυστροουγγαρία, στην περιοχή της Tρανσυλβανίας (σημερινή Ρουμανία) και όπως πολλοί άλλοι οραματιστές, το βιβλίο “Από τη Γη στο Φεγγάρι” του Ιουλίου Βερν του έδωσε το έναυσμα να ονειρεύεται πυραύλους και ταξίδια στο διάστημα, από τη νεαρή ηλικία των 14 ετών. Σχεδίασε μέχρι και πύραυλο, ο οποίος χρησιμοποιούσε καυσαέρια από μία βάση, για να προωθείται στο διάστημα.

Ο Όμπερθ, ακολουθώντας τα βήματα του πατέρα του, μετακόμισε στη Γερμανία το 1912 και γράφτηκε στο Πανεπιστήμιο του Μονάχου για να σπουδάσει φαρμακευτική. Οι σπουδές του διακόπηκαν με το ξέσπασμα του 1ου Παγκοσμίου Πολέμου και το 1914 κλήθηκε να υπηρετήσει ως γιατρός στον Αυστροουγγρικό στρατό. Τραυματίστηκε κατά τη διάρκεια του πολέμου και καθώς ανάρρωνε, κατάλαβε ότι η ιατρική δεν ήταν στο μέλλον του. Αυτό που τον ενδιέφερε ήταν τα διαστημικά ταξίδια και μάλιστα είχε το χρόνο να αναπτύξει μια ιδέα για έναν πύραυλο μακριάς εμβέλειας και υγρών καυσίμων. Μετά τον πόλεμο επέστρεψε στις σπουδές του στο Πανεπιστήμιο του Χάιντελμπεργκ με ειδίκευση στη φυσική και την αστρονομία και προσπάθησε να πάρει το διδακτορικό του. Η διατριβή του αφορούσε το σχεδιασμό πυραύλων και οι θεωρίες του ήταν τόσο πρωτοποριακές που απορρίφθηκε διότι δεν ήταν ούτε αστρονομία ούτε φυσική. Αναγκάστηκε έτσι να επιστρέψει στη Ρουμανία, όπου αποφοίτησε από ένα τοπικό πανεπιστήμιο.

Ελληνογαλλική Σχολή Πειραιά «Ο Άγιος Παύλος»

Σελ. 28

Από τη γη στο διάστημα Στην πραγματικότητα, ο αστρονόμος του πανεπιστημίου Χάιντελμπεργκ, Μαξ Γουλφ, ήταν αυτός που προτεινε στον Όμπερθ να εκδώσει την διατριβή του, καθώς θα ήταν ένα ενδιαφέρον βιβλίο. Ο Όμπερθ κατάφερε να βρει εκδότη, αλλά έπρεπε να πληρώσει τα έξοδα από την τσέπη του. Το έργο του, με τίτλο “Ο πύραυλος στο διαπλανητικό διάστημα” παρουσίαζε λεπτομερή σχέδια για πολλά πυραυλικά εξαρτήματα και περιελάμβανε μηχανές και σταδιοποίηση πυραύλων.

Το κύριο θέμα του βιβλίου ήταν η δυναμική του διαστήματος. Ο Όμπερθ προσπάθησε να αποδείξει ότι η τότε τεχνολογία επέτρεπε την κατασκευή πυραύλων ικανών να ανέβουν πάνω από το επίπεδο της ατμόσφαιρας, οι οποίοι είχαν τη δυνατότητα να αναπτύξουν ταχύτητες αρκετές για να αποφύγουν την πτώση στη Γη, ακόμη και για να διαφύγουν από την ατμόσφαιρα, καθώς και ότι αυτοί οι πύραυλοι μπορούσαν να μεταφέρουν ανθρώπους και, υπό ορισμένες συνθήκες, να αποφέρουν κέρδη στους κατασκευαστές. Ο Όμπερθ έδειξε επίσης ότι ένας πύραυλος μπορούσε να δουλέψει σε συνθήκες κενού και να ξεπεράσει την ταχύτητα των καυσαερίων του, καθώς και ότι τα υγρά καύσιμα μπορούν να παράγουν τη μεγαλύτερη ταχύτητα των καυσαερίων και ανέπτυξε το πρώτο μοντέλο ενός διαστημικού σταθμού. Ένα σημαντικό μέρος του βιβλίου περιέγραφε το μοντέλο ενός πυραύλου δύο επιπέδων.

Ελληνογαλλική Σχολή Πειραιά «Ο Άγιος Παύλος»

Σελ. 29

Από τη γη στο διάστημα Ο Όμπερθ υποστήριξε τα σχέδιά του με λεπτομερείς μηχανικούς υπολογισμούς. Περιέγραψε τα προτερήματα ενός πυραύλου δύο επιπέδων με αυτό το απλό σχόλιο: “αν τοποθετήσουμε ένα μικρό πύραυλο πάνω σε ένα μεγάλο και αν εκτινάξουμε τον μεγάλο και την ίδια στιγμή γίνει ανάφλεξη στο μικρό, τότε οι ταχύτητες τους προστίθενται”. Η σταδιοποίηση θα γίνει σημαντικό κομμάτι της εκτόξευσης φορτίων σε τροχιά. Ο Όμπερθ ονόμασε τον πύραυλό του Μοντέλο Β. Ήταν περίπου 5 μέτρα μακρύς, μισό μέτρο φαρδύς και ζύγιζε περίπου 550 κιλά. Προωθούνταν χρησιμοποιώντας υγρό οξυγόνο ως οξειδωτή και το καύσιμο για το ανώτερο επίπεδο ήταν υγρό υδρογόνο, ενώ το κατώτερο επίπεδο περιείχε ένα μείγμα νερού και αλκοόλ.

Το επόμενο βιβλίο του Όμπερθ ονομαζόταν “Ο δρόμος για το διαστημικό ταξίδι” και εκδόθηκε το 1929. Σε αυτό το βιβλίο ο Όμπερθ περιέγραφε ιδέες για το μέλλον των ταξιδιών στο διάστημα, όπως η ανάπτυξη της ηλεκτρικής προώθησης και οι δυνατότητες των πυραύλων ιόντων. Το έργο είχε τέτοια επιρροή που ο Όμπερθ κέρδισε 10.000 φράγκα από το γαλλικό βραβείο REP-Hirsh, τα οποία χρησιμοποίησε για να χρηματοδοτήσει τον πύραυλό του. Αφού έλαβε την πατέντα για το σχέδιό του, εκτόξευσε τον πρώτο του πύραυλο στις 7 Μαϊου 1931, κοντά στο Βερολίνο.

Ένα υποπροϊόν της προσφοράς του Όμπερθ ήταν η εκλογή του στη θέση του προέδρου της Γερμανικής Πυραυλικής Κοινότητας το 1929, ενός συλλόγου επιστημόνων και μηχανικών, αφιερωμένων στην κατάκτηση των διαστημικών ταξιδιών. Μέσω αυτής της Κοινότητας, η κληρονομιά του Όμπερθ ξεπέρασε τις θεωρίες και τις ιδέες του για τα σχέδια πυραύλων. Στα χρόνια που πέρασε στην Κοινότητα, έγινε μέντορας του νεαρού Βέρνερ φον Μπράουν, μιάς ιδιοφυίας της πυραυλικής μηχανικής. Ο φον Μπράουν αναφέρει ότι ο Όμπερθ είχε σημαντική επίδραση στην καριέρα του.

Ελληνογαλλική Σχολή Πειραιά «Ο Άγιος Παύλος»

Σελ. 30

Από τη γη στο διάστημα Δεν είναι περίεργο που ο Όμπερθ θα ακολουθούσε αργότερα τον φον Μπράουν, αρχικά στο πυραυλικό κέντρο του Peenemunde, στην Γερμανία, στη διάρκεια του 2ου Παγκοσμιου Πολέμου και μετά στις Ηνωμένες Πολιτείες, όπου έγινε σύμβουλος στο πρόγραμμα βαλλιστικών πυραύλων του Αμερικανικού Στρατού. Αυτή η φωτογραφία δείχνει τους δυο τους να δουλεύουν μαζί πάνω στο Μοντέλο Β του Όμπερθ.

Βλέποντάς τες συνολικά, οι προσφορές των τριών αυτών οραματιστών ανέπτυξαν τα θεμέλια της επιστήμης των ταξιδιών με πυραύλους. Μαζί με το θεωρητικό τους έργο υπήρχαν σημαντικά σχέδια πυραύλων και μελλοντικών διαστημικών ταξιδιών. Παρ'όλο που δούλευαν χωριστά, αρκετές φορές έφταναν σε παραπλήσια αποτελέσματα. Καθένας από αυτούς εξέδωσε ένα σημαντικό βιβλίο ή δοκίμιο σχετικά με τα ταξίδια στο διάστημα και τη χρήση των πυραύλων. Και οι τρεις πρότειναν τη χρήση υγρών καυσίμων όπως οξυγόνο και υδρογόνο. Όλοι τους συζήτησαν σχετικά με την απαιτούμενη ταχύτητα για την έξοδο από την ατμόσφαιρα (ταχύτητα διαφυγής) και την πυραυλική σταδιοποίηση, ενώ σε δύο περιπτώσεις με τον Τσιολκόφσκι και τον Όμπερθ αναφέρθηκαν σε μελλοντικούς επιστήμονες πυραύλων που θα μας έστελναν στο διάστημα, τον Σεργκέι Κόρολεβ και τον Βέρνερ φον Μπραόυν. Εν κατακλείδι, οι τρεις αυτοί κύριοι έβαλαν τα θεμέλια για αυτό που ονομάζουμε σήμερα διαστημικά ταξίδια. Το κέντρο δοκιμών βαλλιστικών πυραύλων στο Peenemunde, στο κρατίδιο MecklenburgVorpommern της Γερμανίας. Ήταν το πιο σύγχρονο τεχνολογικό κέντρο του κόσμου την περίοδο 19361945. Λειτούργησε με μοναδικό σκοπό να προσφέρει στρατιωτική υπεροχή μέσω προχωρημένης, για την εποχή, τεχνολογίας. Κατά τη διάρκεια του Β’ Παγκοσμίου πολέμου δούλεψαν εκεί εργάτεςσκλάβοι από τα στρατόπεδα συγκέντρωσης και αιχμάλωτοι πολέμου. Σήμερα λειτουργεί ως μουσείο. (http://www.peenemuende.de/en/)

Ελληνογαλλική Σχολή Πειραιά «Ο Άγιος Παύλος»

Σελ. 31

Από τη γη στο διάστημα Robert Goddard

Ο Ρόμπερτ Γκόνταρντ γεννήθηκε στις 5 Οκτώβριου 1882 στην Μασαχουσέτη. Όπως οι πιο πολλοί που ασχολήθηκαν με τους πυραύλους, έτσι και ο Γκόνταρντ επηρεάστηκε από τον Ιούλιο Βερν. Ήταν όμως ο H.G. Wells που τον επηρέασε σε μεγαλύτερο βαθμό, με το βιβλίο του «Ο πόλεμος των Κόσμων» («War of the Worlds”.)

Ο Πόλεμος των Κόσμων είναι μυθιστόρημα επιστημονικής φαντασίας του Χ. Τζ. Γουέλς, που εκδόθηκε το 1898. Περιγράφει τις εμπειρίες ενός ανώνυμου αφηγητή που διασχίζει τα προάστια του Λονδίνου καθώς η Αγγλία δέχεται επίθεση από Αρειανούς. Το μυθιστόρημα έχει ερμηνευθεί ποικιλοτρόπως ως σχόλιο πάνω στην εξελικτική θεωρία, τον Βρετανικό Ιμπεριαλισμό και γενικά τους φόβους και τις προκαταλήψεις της βικτωριανής εποχής. Την εποχή που εκδόθηκε ταξινομήθηκε ως επιστημονικό ρομάντζο, όπως και το προηγούμενο μυθιστόρημα του συγγραφέα, «Η Μηχανή του Χρόνου». Από τότε, η επιρροή του ήταν μεγάλη τόσο στη λογοτεχνία όσο και σε άλλα μέσα, αποτελώντας πηγή έμπνευσης για ταινίες, ραδιοφωνικά δράματα, διάφορες προσαρμογές σε κόμικς, τηλεοπτικές σειρές και συνέχειες ή παράλληλες ιστορίες από άλλους συγγραφείς. Πηγή: https://el.wikipedia.org/wiki/Ο_Πόλεμος_των_Κόσμων Πρώτη έκδοση 1898

Έλεγε πως φανταζόταν πόσο εκπληκτικό θα ήταν να φτιαχτεί κάποια συσκευή που θα είχε ακόμα και την δυνατότητα να πάει στον Άρη. Αργότερα είπε πως αυτή ήταν η αρχή της ασχολίας του με τα ταξίδια στο διάστημα. Όσο ήταν στο σχολείο, ασχολούνταν με πειράματα στο σπίτι, που θα εκπλήρωναν το όνειρό του για πτήσεις στο διάστημα. Αλλά ακόμα και αν είχε τόσες πρωτότυπες ιδέες, δεν μπορούσε να κάνει κάτι στην πράξη για να τις πραγματοποιήσει. Τα 4 χρόνια φοίτησής του στο Worcester Polytechnic Institute, όπου τελείωσε με την ειδικότητα της γενικής επιστήμης το 1908, τον βοήθησαν στο να εκπαιδεύσουν το μυαλό του. Η εκπαίδευσή του τον βοήθησε να επιβεβαιώσει πως είναι δυνατόν να μεταφέρεις ένα αντικείμενο από τη γη στο διάστημα με έναν πύραυλο. Συνέχισε τις σπουδές του στο πανεπιστήμιο του Κλαρκ όπου απέκτησε Masters και PhD στην φυσική το 1910 και 1911, αντίστοιχα. Πήρε μια θέση διδασκαλίας στο πανεπιστήμιο και χώρισε τον χρόνο του ανάμεσα στους μαθητές του και την ασχολία με το φτιάξιμο ενός σχεδίου για πύραυλο. Ο ίδιος ζήτησε και έλαβε δύο διπλώματα ευρεσιτεχνίας, με αριθμούς: 1102653 και 1103503 το 1914. Ήταν και οι δύο για "Συσκευές πυραύλων". Η πρώτη ευρεσιτεχνία περιγράφει έναν πύραυλο πολλών σταδίων ενώ η δεύτερη περιγράφει ένα σύστημα υγρών καυσίμων για τον πύραυλο. Αυτά τα δύο διπλώματα ευρεσιτεχνίας, κατέστησαν τον Γκόνταρντ ως έναν πραγματικό πρωτοπόρο των πυραύλων, αλλά θα χρειαστούν πολλά χρόνια εφαρμογής πριν γίνουν πράξη.

Ελληνογαλλική Σχολή Πειραιά «Ο Άγιος Παύλος»

Σελ. 32

Από τη γη στο διάστημα

Ο Γκόνταρντ συνέχισε με τα πειράματά του, στα οποία εμπλέκονται πολλές εκρήξεις,και ο ίδιος κατέληξε στο συμπέρασμα ότι το υγρό καύσιμο, το οποίο θα μπορούσε να παράγει περισσότερη ενέργεια από ό, τι στερεά καύσιμα, θα είναι το προτιμώμενο προωθητικό για έναν πύραυλο στο διάστημα. Ένα από τα πιο σημαντικά πρώτα πειράματα του, ήταν να αποδείξει ότι ένας πύραυλος, θα προσφέρει ώθηση στο κενό.

Ενώ τρίτος νόμος του Νεύτωνα, είχε καθιερωθεί εκείνη την εποχή, οι περισσότεροι ειδικοί πίστευαν ότι η δύναμη έπρεπε να αντιδράσει ενάντια σε κάτι και έτσι θα μπορεί να λειτουργήσει μόνο στον αέρα. Για να αποδείξει οτι οι ρουκέτες θα μπορούσαν να λειτουργήσουν σε κενό, ο Goddard τοποθετεί ένα όπλο διαμετρήματος 22 ιντσών, γεμισμένο με άσφαιρα φυσίγγια σε ένα βάζο σχήματος καμπάνας, με όλο τον εσωτερικό αέρα να έχει αφαιρεθεί. Το πιστόλι τοποθετήθηκε σε έναν περιστρεφόμενο βραχίονα γύρω από έναν άξονα. Όταν ο Goddard τράβηξε το κορδόνι που συνδέονταν με τη σκανδάλη για να πυροβολήσει, το όπλο και το όλο σύστημα στήριξής του, στριφογύρισε, αποδεικνύοντας, με αυτόν τον τρόπο, πως η ώθηση λειτουργεί και στο κενό.

Ελληνογαλλική Σχολή Πειραιά «Ο Άγιος Παύλος»

Σελ. 33

Από τη γη στο διάστημα Ο Goddard συνέχισε τα πειράματά του με υγρό καύσιμο, συνήθως με δικά του έξοδα. Στη συνέχεια, το 1916, κατέγραψε για το Smithsonian, λεπτομερώς τα πειράματά του με ρουκέτες και για την πιθανή χρήση τους για επιστημονικούς σκοπούς. Το Smithsonian ενδιαφέρθηκε και ζήτησε περισσότερες πληροφορίες και ο Goddard απάντησε με μια ενημερωμένη έκδοση της εργασίας που είχε συγγράψει το 1914 και που ονομαζόταν: "Το πρόβλημα της ανύψωσης ενός σώματος." . Η αναθεωρημένη απάντησή του είχε τον τίτλο "Μία Μέθοδος για την προσέγγιση μεγάλων υψομέτρων » και περιείχε ενημερώσεις των πειραμάτων του από το 1914.

Αυτό που θα συνέβαινε στη συνέχεια, θα είχε βαθιά επίδραση στο μελλοντικό έργο του Goddard. Στα περισσότερα αντικείμενα της συλλογής του Smithsonian (Smithsonian’s Miscellaneous Collection), είχαν πρόσβαση αποκλειστικά οι επιστήμονες. Όμως ένας εκδότης που συνεργαζόταν με το Smithsonian, στις 11 Ιανουαρίου του 1920, είδε την εργασία του Goddard για τους πυραύλους και δημοσίευσε μια ανακοίνωση στον τύπο, που έλεγε πως γινόταν σε αυτό το σύγγραμμα, μια αναφορά για την δυνατότητα αποστολής πυραύλου στη Σελήνη. Παρ’ όλο που στο έργο του Goddard, η αναφορά αυτή ήταν πολύ μικρής έκτασης, εντούτοις δημιούργησε πυχαίους τίτλους στις εφημερίδες της εποχής:    

Προσπάθεια να φτάσουμε στο φεγγάρι με ένα νέο πύραυλο. (New York Times) Σοφός εφευρίσκει πύραυλο με τον οποίο θα φτάσει στη Σελήνη. (San Francisco Examiner) Η επιστήμη αποπειράται να χτυπήσει τη Σελήνη με πύραυλο. (Chicago Tribune) Σύγχρονος Ιούλιος Βερν εφευρίσκει πύραυλο για να φτάσει στη Σελήνη. (Boston American)

Ελληνογαλλική Σχολή Πειραιά «Ο Άγιος Παύλος»

Σελ. 34

Από τη γη στο διάστημα

Ο Goddard, αρχικά, σάστισε διαβάζοντάς τα, αλλά στη συνέχεια, προσπάθησε να παραμείνει απερίσπαστος και συγκεντρωμένος στην εργασία του. Δεν έδωσε σημασία ακόμα και όταν στις 13 Ιανουαρίου του 1920, η εφημερίδα New York Times στην κεντρική της σελίδα, χλεύασε την άποψή του πως η ώθηση θα μπορούσε να λειτουργήσει στο κενό, γράφοντας πως του έλειπαν βασικές γνώσεις που θα έπρεπε να έχει ένας μαθητής Γυμνασίου. Χρόνια αργότερα, η εφημερίδα θα ζητούσε συγγνώμη γι’ αυτό το δημοσίευμά της. Ο Goddard προσπάθησε να αποκαταστήσει τα πράγματα δίνοντας συνεντεύξεις. Τελικά όμως εγκατέλειψε την προσπάθεια και στα κατοπινά πειράματά του, έλεγχε με προσοχή ποιος θα είχε πρόσβαση στο έργο του και τι ανακοινώσεις θα διέρρεαν στον τύπο. Παρ’ όλα αυτά, η προσοχή που έδωσε ο τύπος στο έργο του κέντρισε το ενδιαφέρον του κοινού και ενέπνευσε πολλούς μελλοντικούς επιστήμονες της πυραυλικής επιστήμης. Το 1920 θα αποδειχθεί ένα σημείο καμπής για το έργο του. Ήταν τότε που θέλησε να μετατρέψει τις θεωρίες σχεδιασμού πυραύλων σε λειτουργικά πρακτικά σχέδια οικοδόμησης και εκτόξευσης ενός πυραύλου. Βάλθηκε να ψάχνει για τη συνέχιση της χρηματοδότησης των σχεδίων του ενώ ταυτόχρονα διατηρούσε ως επίφαση το διδακτικό του έργο στο πανεπιστήμιο του Clark. Με ένα υποστηρικτικό αφεντικό θα μπορούσε να διατηρεί ταυτόχρονα και το διδακτικό και το ερευνητικό του έργο. Όμως η χρηματοδότηση εξακολουθούσε να αποτελεί γι’ αυτόν ένα δύσκολο πρόβλημα. Το Smithsonian τελικά του χορήγησε και άλλη επιχορήγηση ενώ ταυτόχρονα έλαβε και κάποια χρηματοδότηση από το Clark. Η προσέγγισή του στην κυβέρνηση των ΗΠΑ και στο στρατό αποδείχθηκε ανεπιτυχής. Μετακόμισε στη φάρμα μιάς θείας του στο Auburn της Μασαχουσέτης. Χωρίς ο ίδιος να έχει γνώσεις μηχανικού, χρειάστηκε μια μικρή ομάδα έμπιστων μηχανικών, προκειμένου να ξεκινήσει τον σχεδιασμό και τις δοκιμές για την εκτόξευση πυραύλου υγρών καυσίμων. Πάσχισε για τον σχεδιασμό και την κατασκευή αντλίας, δεξαμενών καυσίμου και θαλάμου καύσης. Συνέβησαν πολλές εκρήξεις και χρειάστηκε αρκετές φορές η επέμβαση της πυροσβεστικής. Όμως η επιμονή του απέδωσε και έτσι στις 16 Μαρτίου 1926 πέτυχε να εκτοξεύσει τον πρώτο πύραυλο υγρών καυσίμων στην ιστορία. Ο πύραυλος ανήλθε σε ύψος μόλις 12,5 μέτρων (41 πόδια) και χτύπησε στο έδαφος 184 πόδια μακριά (56 μέτρα). Ο πύραυλος είχε καθαρό βάρος περίπου 2,7 κιλών αλλά με τα καύσιμα ζύγιζε περίπου 5 κιλά. Παρήγαγε μόλις 4 κιλά ώσης και μεγάλο μέρος της βενζίνης και του οξυγόνου χρειάστηκε να καούν εντελώς προτού καταφέρει να απογειωθεί. Ήταν μια σύντομη πτήση. Η σπουδαιότητά της όμως για την ιστορία της αεροναυτικής είναι συγκρίσιμη με την πρώτη πτήση με αεροπλάνο, των αδερφών Wright στο Kitty Hawk της Βόρειας Καρολίνας. Ελληνογαλλική Σχολή Πειραιά «Ο Άγιος Παύλος»

Σελ. 35

Από τη γη στο διάστημα

Να σημειώσουμε ότι ο Goddard δεν έκανε καμμιά δημόσια ανακοίνωση γι’ αυτό το τόσο σημαντικό γεγονός.

Συνέχισε να δουλεύει, κατασκευάζοντας μεγαλύτερους και ισχυρότερους πυραύλους. Οι αποτυχίες του όμως ήταν περισσότερες από τις επιτυχίες του. Μια τέτοια αποτυχία συνέβη στις 17 Ιουλίου του 1929, όταν ο πύραυλος που εκτόξευσε εξερράγη στο έδαφος μετά την πτήση του. Ο Goddard προσπάθησε να αποτρέψει τον επερχόμενο σάλο, αλλά δεν τα κατάφερε. «Τρομερή έκρηξη καθώς ο καθηγητής Goddard εκτοξεύει τον πύραυλό του στη Σελήνη», ήταν ο τίτλος εφημερίδας της εποχής. Ακολούθησε η επίσκεψη του τοπικού Διοικητή της Πυροσβεστικής και κατόπιν εκδόθηκε απόφαση απαγόρευσης δοκιμών στην Πολιτεία. Ο Goddard όμως, ήδη είχε λάβει την απόφαση να μετακομίσει. Η φήμη του είχε κεντρίσει το ενδιαφέρον του διάσημου αεροπόρου της εποχής Charles Lindbergh καθώς και του περιβόητου μεγιστάνα Daniel Guggenheim. O Lindbergh γοητεύτηκε από την ιδέα των διαστημικών ταξιδιών και έγινε υπέρμαχος του έργου του Goddard. Με την βοήθεια λοιπόν του Lindbergh, o Goddard εξασφάλισε μια επιχορήγηση ύψους 100.000 δολλαρίων από τον Guggenheim. Ποσόν που αντιστοιχεί σε σημερινά 1,6 εκατομμύρια δολλάρια. Αφού λοιπόν είχε εξασφαλίσει αυτή την γενναία χρηματοδότηση μπορούσε άνετα να μεταφέρει την δραστηριότητά του στο Roswell του Νέου Μεξικού.

Ελληνογαλλική Σχολή Πειραιά «Ο Άγιος Παύλος»

Σελ. 36

Από τη γη στο διάστημα

Ακόμα και εκεί όμως ο Goddard παρέμεινε απομονωμένος. Δούλευε μόνος του με την παρουσία της συζύγου του και μιάς μικρής ομάδας αφοσιωμένων μηχανικών που τον είχαν ακολουθήσει από τη Μασσαχουσέτη. Θα πρέπει να σημειωθεί πως κατά την δεκαετία του 1930 σημειώθηκε ένα τεράστιο ενδιαφέρον για την πυραυλική επιστήμη από την κοινή γνώμη. Αυτό είχε σαν αποτέλεσμα, πολλά Πανεπιστήμια να προσφέρουν σπουδές, πάνω στο αντικείμενο του μηχανικού πυραύλων και στην αεροναυπηγική. Έτσι ξεπήδησαν νέοι, ταλαντούχοι μηχανικοί, που θα μπορούσαν να βοηθήσουν τον Goddard στο έργο του. Ο Theodore von Karman καθηγητής στο CalTec, προσφέρθηκε να στείλει στον Goddard απόφοιτους μηχανικούς από τη σχολή του, για να τον βοηθήσουν. Εκείνος όμως αρνήθηκε. Αυτή η έλλειψη γνώσεων μηχανικής, από μέρους του Goddard, αποτέλεσε τροχοπέδη στο έργο του. Όμως πρέπει να λάβουμε υπ’ όψιν πως η πυραυλική επιστήμη είναι δύσκολη. Ακόμα και σήμερα, με όλη την πρόοδο της τεχνολογίας που έχει επιτευχθεί, εξακολουθούν να συμβαίνουν πυραυλικά ατυχήματα. Αυτό κάνει το έργο του Goddard να φαντάζει ακόμα πιο εντυπωσιακό. Ο Goddard κατόρθωσε να επιτύχει το ρεκόρ των 1700 μιλίων υψόμετρο. Περίπου 2.700 μέτρα δηλαδή. Η συνεισφορά του όμως στην πυραυλική επιστήμη ξεπερνά κατά πολύ, το επίτευγμα του υψομέτρου που πέτυχε. Συνόψισε όλο του το έργο σε μια έκδοση του 1936, που εκδόθηκε από το Smithsonian, με τον τίτλο: «Ανάπτυξη πυραύλου υγρού προωθητικού». Οι τεχνικές λεπτομέρειες από το έργο του Goddard, ενσωματώθηκαν κατά μεγάλο μέρος στην έρευνα του Von Braun για την κατασκευή του περιβόητου V-2. Ο γυροσκοπικός έλεγχος του πυραύλου αυτού καθώς και η χρήση πτερυγίων καθοδήγησης στο ρεύμα των εξερχόμενων αερίων, βασίστηκαν στις εργασίες του

Ελληνογαλλική Σχολή Πειραιά «Ο Άγιος Παύλος»

Σελ. 37

Από τη γη στο διάστημα Goddard. Δούλεψε για λογαριασμό του Πολεμικού Ναυτικού των Η.Π.Α. αναπτύσσοντας την τεχνολογία JATO (Jet Assisted Take-Off). Πέθανε το 1946, αμέσως μετά το τέλος του Δευτέρου Παγκοσμίου πολέμου.

Ελληνογαλλική Σχολή Πειραιά «Ο Άγιος Παύλος»

Σελ. 38

Από τη γη στο διάστημα Τα επιτεύγματα του Goddard. Ας ανακεφαλαιώσουμε τα επιτεύγματα του Goddard:  Εξερεύνησε την πρακτική πλευρά της χρήσης πυραυλικής πρόωσης για την προσέγγιση μεγάλων υψομέτρων (ακόμα και την προσέγγιση της Σελήνης) (1912).  Απόδειξε πως η πρόωση λειτουργεί και στο κενό και πως δεν χρειάζεται αέρας για να ασκήσει αντίδραση.  Ανέπτυξε και εκτόξευσε τον πρώτο πύραυλο υγρών καυσίμων. (16 Μαρτίου 1926 – Auburn Massachusetts)  Εκτόξευσε επιστημονικό ωφέλιμο φορτίο (βαρόμετρο και κάμερα) σε πύραυλο. (1929- Auburn)  Ανέπτυξε γυροσκοπική συσκευή ελέγχου πτήσης. (1933 – New Mexico).  Κατοχύρωσε δίπλωμα ευρεσιτεχνίας (πατέντα) για πολυεπίπεδο πύραυλο. (1914).  Ανέπτυξε αντλίες κατάλληλες για πυραυλικά καύσιμα.  Εκτόξευσε πύραυλο υγρού προωθητικού, που έσπασε για πρώτη φορά το φράγμα του ήχου. (1935)  Εκτόξευσε πύραυλο με κινητήρα περιστρεφόμενο πάνω σε αντίζυγα, υπό την επίδραση γυροσκοπικού μηχανισμού. (1937). Πραγματικά, πολύ εντυπωσιακή λίστα.

Όλα τα παραπάνω επιτεύγματα, ενσωματώθηκαν από τον Στρατό των Η.Π.Α. στους στρατιωτικούς πυραύλους που αναπτύχθηκαν την δεκαετία του 1950. Μάλιστα, η κυβέρνηση των Η.Π.Α. κατέβαλε στην χήρα του Goddard 1 εκατομμύριο δολάρια, για παραβίαση των διπλωμάτων ευρεσιτεχνίας, καθώς πολλές από τις ανακαλύψεις του χρησιμοποιήθηκαν για την ανάπτυξη του πυραυλικού βαλλιστικού προγράμματος των Η.Π.Α. Στις 17 Ιουλίου 1969, καθώς η αποστολή Apollo 11 προσέγγιζε στη Σελήνη, η εφημερίδα New York Times, ζητούσε δημόσια συγγνώμη από τον Goddard, 23 χρόνια μετά τον θάνατό του, για το δημοσίευμα του 1920, στο οποίο τον κατηγορούσε για άγνοια στοιχειωδών γνώσεων φυσικής, επιπέδου Γυμνασίου. Ελληνογαλλική Σχολή Πειραιά «Ο Άγιος Παύλος»

Σελ. 39

Από τη γη στο διάστημα Dr. Wernher von Braun Γεννήθηκε στο Wirsitz της Πολωνίας στις 23 Μαρτίου 1912. Όπως πολλοί πριν απ’ αυτόν, εντυπωσιάστηκε ως παιδί, από τα έργα επιστημονικής φαντασίας του Ιουλίου Βερν και του H.G.Wells. Η μητέρα του, ερασιτέχνης αστρονόμος η ίδια, τον ενθάρρυνε να ασχοληθεί με την αστρονομία, χαρίζοντάς του το πρώτο του τηλεσκόπιο σε ηλικία 13 ετών. Όταν ήταν 10 χρονών η μητέρα του τον είχε ρωτήσει τι θα ήθελε να γίνει όταν μεγαλώσει. «Θέλω να βοηθήσω ώστε να γυρίσει ο τροχός της προόδου.» της είχε απαντήσει. Σίγουρα, δεν είναι η απάντηση που θα περίμενε κάποιος από ένα δεκάχρονο. Είναι όμως προφητική απάντηση, αν αναλογιστούμε την κατοπινή συνεισφορά και τα επιτεύγματα του ανθρώπου αυτού στην πυραυλική επιστήμη. Οι σχολικές του επιδόσεις δεν μαρτυρούσαν την κατοπινή εξέλιξή του. Αν και έδειχνε μεγάλο ενδιαφέρον για τις διαστημικές πτήσεις, πάσχιζε να τα καταφέρει στα μαθηματικά και τη φυσική. Σε ένα περιοδικό αστρονομίας τράβηξε την προσοχή του μια διαφήμιση, για ένα βιβλίο με τίτλο: «Ο πύραυλος στο διαπλανητικό διάστημα». Επρόκειτο φυσικά για το σύγγραμμα του Όμπερθ, που είχε προκύψει από την διδακτορική του διατριβή. Ο μικρός Von Braun το παρήγγειλε αμέσως. «Ανοίγοντάς το έμεινα κατάπληκτος. Ήταν γεμάτο μαθηματικές ασυναρτησίες. Έτρεξα αμέσως στους δασκάλους μου. Πώς θα μπορέσω να καταλάβω τι λέει αυτός ο άνθρωπος; τους ρώτησα. Μου συνέστησαν να μελετήσω μαθηματικά και φυσική. Τα δύο μαθήματα που αντιπαθούσα περισσότερο.» είχε πει ο Von Braun. Αυτό το περιστατικό αποτέλεσε σημείο καμπής στη ζωή του. Οι πύραυλοι και οι διαστημικές πτήσεις έγιναν το πάθος του. Εκτελούσε πειράματα που συχνά ήταν επικίνδυνα, γιατί χρησιμοποιούσε πυροτεχνήματα και άλλες επικίνδυνες χημικές ουσίες. Ταυτόχρονα, οι επιδόσεις του στα μαθηματικά και τη φυσική βελτιώθηκαν τόσο θεαματικά ώστε θεωρούνταν παιδί-θαύμα σ’ αυτούς τους τομείς. Αυτό είχε σαν συνέπεια να τον δεχθούν στην Ένωση Πυραυλικής της Γερμανίας, μαζί με άλλους χαρισματικούς νεαρούς που έδειχναν ενδιαφέρον για την πυραυλική επιστήμη. Εκεί λοιπόν του δόθηκε η ευκαιρία να μάθει τον τρόπο εκτόξευσης πυραύλων και να συναντήσει, επιτέλους, το είδωλό του, τον Χέρμαν Όμπερθ, που είχε αναλάβει τα ηνία της ένωσης. Το επόμενο βήμα του ήταν να εισαχθεί στο Πανεπιστήμιο όπου θα ακολουθούσε σπουδές μηχανολόγου-μηχανικού. Στην προσπάθεια εξεύρεσης πόρων προκειμένου να μπορεί να εκτοξεύει πυραύλους, η Ένωση Πυραυλικής της Γερμανίας ήλθε σε επαφή με τον Γερμανικό στρατό. Για τον τελευταίο, οι πύραυλοι αποτελούσαν μια ευκαιρία ανάπτυξης οπλικού συστήματος, καθώς δεν ενέπιπταν στις απαγορεύσεις που είχαν επιβληθεί στην Γερμανία, από τη Συνθήκη των Βερσαλλιών, μετά τον Α’ Παγκόσμιο πόλεμο. Έτσι, για σχεδόν τρία χρόνια, η ένωση εκτόξευε πυραύλους των οποίων τα σχέδια είχε εκπονήσει η ίδια, πετυχαίνοντας υψόμετρα που έφταναν τα 3000 πόδια. (915 μέτρα περίπου.) Ο Von Braun έπαιρνε μέρος σ’ αυτήν την προσπάθεια, κάτω από την άμεση καθοδήγηση του Όμπερθ.

Ελληνογαλλική Σχολή Πειραιά «Ο Άγιος Παύλος»

Σελ. 40

Από τη γη στο διάστημα Ήταν την άνοιξη του 1932, δύο χρόνια πριν ανέλθει ο Χίτλερ στην εξουσία, που δύο Γερμανοί αξιωματικοί μπήκαν στη ζωή του Von Braun. Ο λοχαγός Walter Dornberger και ο συνταγματάρχης Karl Heinrich Emil Becker , αξιωματικοί του Πυροβολικού, στο τμήμα Βαλλιστικής και πυρομαχικών. Είχαν πάει να παρακολουθήσουν την δοκιμαστική εκτόξευση ενός πυραύλου, η οποία τελικά απέτυχε. Όμως αυτό δεν τους επηρέασε αρνητικά και τελικά προσέφεραν στην Ένωση πυραυλικής ένα συμβόλαιο για την κατασκευή πυραύλων. Η Ένωση αρνήθηκε το συμβόλαιο. Αυτό οδήγησε τελικά στην κατοπινή κατάρρευσή της. Όμως η αξία του Von Braun είχε αναγνωριστεί. Του προσέφεραν ιδιωτικό συμβόλαιο, ακριβώς την εποχή που επεδίωκε να ολοκληρώσει το διδακτορικό του στη Φυσική. Έτσι ξεκίνησε η συνεργασία του με τον Γερμανικό στρατό. Όταν ο Χίτλερ ανήλθε στην εξουσία το 1933, ο Von Braun που δούλευε στο πρόγραμμα βαλλιστικών πυραύλων του στρατού, παρέμεινε στην Γερμανία. Έλαβε το διδακτορικό του (Ph.D.) στη Φυσική στις 27 Ιουλίου του 1934. Έγινε μέλος του Ναζιστικού κόμματος το 1937 και τρία χρόνια αργότερα μέλος των SS. Όλα αυτά ενώ συνέχισε να εργάζεται για τον Γερμανικό στρατό. Μέχρι το 1941, σχέδιά του που είχαν αναπτυχθεί και τελειοποιηθεί σταδιακά όλα αυτά τα χρόνια, αποτέλεσαν τον κορμό του διάσημου πυραύλου V-2. (Vergeltungswaffe 2). Αυτός ήταν ο πρώτος καθοδηγούμενος βαλλιστικός πύραυλος μεγάλου βεληνεκούς της ιστορίας. Επίσης ήταν ο πρώτος πύραυλος που πέρασε την «γραμμή Karman», το όριο δηλαδή της γήινης ατμόσφαιρας, σε υψόμετρο 1000 Km πάνω από το επίπεδο της θάλασσας. Ήταν πύραυλος υγρών καυσίμων, μήκους 46 ποδιών (14 μέτρων) και βάρους 12246 κιλών. Αποτέλεσε τον «πρόγονο» των πυραύλων, που θα έφερναν χρόνια αργότερα, τον άνθρωπο στη Σελήνη. Ο V2 χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά από τους Ναζί, τον Σεπτέμβρη του 1944. Πάνω από 3.000 πύραυλοι αυτού του τύπου εκτοξεύτηκαν συνολικά κατά την διάρκεια του πολέμου. Μεγάλες Ευρωπαϊκές πόλεις βομβαρδίστηκαν με αυτούς, όπως το Λονδίνο, η Λιέγη, το Αντβέρπ. 9.000 θάνατοι αμάχων και στρατιωτών ήταν ο τραγικός απολογισμός αυτών των βομβαρδισμών. Οι εργασίες για την ανάπτυξή του, έγιναν με μυστικότητα στο Peenemuende, όπου πάνω από 12.000 εργάτες από τα στρατόπεδα συγκέντρωσης βρήκαν τον θάνατο από τις σκληρές συνθήκες καταναγκαστικής εργασίας. Στις αρχές του 1945, όταν πλέον ήταν φανερό πως οι Γερμανία δεν μπορούσε να κερδίσει τον πόλεμο, ο Von Braun με 500 επιστήμονες συναδέλφους του, παραδόθηκαν στους Αμερικανούς, παίρνοντας μαζί τους και τα σχέδια των πυραύλων. Αυτό ήταν η αρχή του περιβόητου σχεδίου «operation paperclip», του μυστικού σχεδίου των Αμερικανών που εξελίχθηκε από το 1949 και το οποίο είχε σαν σκοπό να συγκεντρώσει Ναζί επιστήμονες όλων των τομέων, για να δουλέψουν για λογαριασμό των Η.Π.Α., αποτρέποντάς τους έτσι να «πέσουν στα χέρια» της Σοβιετικής Ένωσης. Αρχικά ο Von Braun και η ομάδα του εγκαταστάθηκαν και δούλεψαν για τον στρατό των Η.Π.Α. στο Fort Bliss του Texas. Το 1950 μετεγκαταστάθηκαν στο Redstone Arsenal κοντά στο Huntsville της Alabama. Εκεί ανέπτυξαν τον βαλλιστικό πύραυλο Jupiter. To 1960, o Von Braun μετατέθηκε στη Nasa όπου έλαβε την εντολή να αναπτύξει τον πύραυλο Saturn. Αυτός έμελλε να είναι και ο πύραυλος που θα πήγαινε τους Αμερικανούς στη Σελήνη. Έγινε διευθυντής του Marshall Space Flight Center.

Ελληνογαλλική Σχολή Πειραιά «Ο Άγιος Παύλος»

Σελ. 41

Από τη γη στο διάστημα Το 1970, έγινε διευθυντής στρατηγικού σχεδιασμού της Nasa και εγκαταστάθηκε στην Washington, D.C. Παρέμεινε στη θέση αυτή 2 χρόνια και μετά αποφάσισε να συνταξιοδοτηθεί από τη Nasa. Εργάστηκε κατόπιν, για λογαριασμό της Fairchild Industries στο Germantown του Maryland. Πέθανε το 1977 στην πόλη Alexandria της Virginia.

140 Γερμανοί επιστήμονες (Μηχανικοί αεροναυπηγοί) στο Fort Bliss Texas. Πηγή: https://en.wikipedia.org/wiki/Operation_Paperclip

Saturn V – Apollo 17. 17 Δεκεμβρίου 1972 Jupiter

Ελληνογαλλική Σχολή Πειραιά «Ο Άγιος Παύλος»

Σελ. 42

Από τη γη στο διάστημα Sergei Korolev Ο Sergei Korolev είναι ο άνθρωπος πίσω από την πρώτη πτήση ανθρώπου στο διάστημα. Παρ’ όλο που τα επιτεύγματά του είναι γνωστά σε όλη την ανθρωπότητα – Sputnik, Soyuz, Vostok- ο ίδιος παρέμενε ένα μεγάλο μυστήριο, μέχρι το θάνατό του, καθώς η ταυτότητά του αποτελούσε κρατικό μυστικό της τότε Σοβιετικής Ένωσης. Θύμα του Σταλινισμού, έγινε είδωλο της Ρωσικής πυραυλικής επιστήμης μετά το θάνατό του και οι πύραυλοι και τα διαστημόπλοια που σχεδίασε εξακολουθούν να χρησιμοποιούνται μέχρι σήμερα. Ο Sergei Pavlovich Korolev ήταν γιός ενός καθηγητή της Ρωσικής φιλολογίας. Γεννήθηκε στις 12 Ιανουαρίου του 1907 στο Zhytomyr της Ουκρανίας. Εντυπωσιασμένος από τα αεροπλάνα, σχεδίασε το πρώτο του ανεμοπλάνο σε ηλικία 17 ετών. Μετά την αποφοίτησή του από το Πολυτεχνικό Ινστιτούτο του Κιέβου (Kiev Polytechnic Institute) προσελήφθη στο Πανεπιστήμιο της Μόσχας. Ασχολήθηκε με την πυραυλική πρόωση, την εποχή που το αντικείμενο αυτό ήταν καθαρά θεωρητικό. Το 1931 ίδρυσε την Ομάδα για την διερεύνηση της κίνησης μέσω αντίδρασης (Group for Investigation of Reactive Motion - GIRD). Με την ομάδα αυτή ανέπτυξε τους πρώτους πυραύλους υγρού καυσίμου της Σοβιετικής Ένωσης, τους GIRD 9 και 10. Η ομάδα αυτή ενσωματώθηκε στο στρατό το 1933 και μετονομάστηκε σε RNII. Έγινε το επίσημο κέντρο για την έρευνα και την ανάπτυξη πυραύλων και πυραυλοκινούμενων ανεμοπλάνων. Ο Korolev ήταν επικεφαλής αεροναυπηγός ενώ ο συνάδελφός του Valentin Glushko ήταν επικεφαλής μηχανικός προώθησης. Μαζί σχεδίασαν το RP-318, το πρώτο ανεμοπλάνο πυραυλικής προώθησης.

O Korolev στο πεδίο βολής Kapustin Yar το 1953

Το RP-318 αποτέλεσε εξέλιξη του παλαιότερου SK-9 που είχε σχεδιάσει ο Korolev. Χρησιμοποιήθηκε ως όχημα δοκιμής για τον πυραυλοκινητήρα που είχε σχεδιάσει ο Glushko.

Ελληνογαλλική Σχολή Πειραιά «Ο Άγιος Παύλος»

Σελ. 43

Από τη γη στο διάστημα Εκείνη η εποχή ήταν δύσκολη για τη Σοβιετική Ένωση, καθώς ο Στάλιν άρχιζε τις εκκαθαρίσεις. Στις 21 Μαρτίου του 1938 συλλαμβάνεται ο Glushko. Για να μειώσει την ποινή του καταδίδει τον Korolev, ο οποίος και συλλαμβάνεται στις 7 Ιουνίου και καταδικάζεται σε δεκαετή καταναγκαστική εργασία. Συνολικά, ο Korolev πέρασε πάνω από δύο χρόνια σε διάφορες φυλακές συμπεριλαμβανομένων και των τεσσάρων μηνών που πέρασε στο γκουλάγκ της Σιβηρίας, δουλεύοντας στα χρυσωρυχεία Kolyma. Ο Στάλιν, αναγνωρίζοντας τη σημασία των ερευνών της αεροναυτικής, στον πόλεμο εναντίον του Χίτλερ, αποφασίζει να εκμεταλευτεί τους φυλακισμένους επιστήμονες. Ιδρύει τα sharashkas, τα γραφεία ερευνών μέσα στις φυλακές. Επικεφαλής ενός τέτοιου γραφείου είναι ο πολιτικός κρατούμενος Andrei Tupolev, ο σχεδιαστής του διαβόητου αεροπλάνου. Αυτός ζητάει να ενταχθεί ο Korolev στην ομάδα του και έτσι τον αποσπά από το γκουλάγκ της Kolyma, σώζοντάς τον από βέβαιο θάνατο. Το 1944 ο Korolev αναλαμβάνει τα ηνία της ομάδας. Του δίνουν διορία τριών ημερών, για να σχεδιάσει τη Ρωσική απάντηση στον Γερμανικό πύραυλο V2. Ανταποκρίθηκε στην πρόκληση, αν και το σχέδιο που παρουσίασε, είχε το ένα τέταρτο του βεληνεκούς του V2.

To 1945 μεταβαίνει στην Γερμανία για να αξιολογήσει το υλικό, που άφησε ο Von Braun, πηγαίνοντας στην Αμερική με την επιχείρηση paperclip. Ως απάντηση λοιπόν της επιχείρησης paperclip, οι Ρώσοι, ιδρύουν το 1946 την ομάδα NII-88. Παρ΄όλο που παραμένει πολιτικός κρατούμενος, ο Korolev διορίστηκε αρχιμηχανικός και επιφορτίστηκε με το έργο να κατασκευάσει έναν πύραυλο ισοδύναμο του V2. Το αποτέλεσμα ήταν η κατασκευή του πυραύλου R1, ο οποίος αποτέλεσε τον πρώτο πύραυλο, της οικογένειας των βαλλιστικών πυραύλων, που έγιναν γνωστοί αργότερα στη Δύση, με το όνομα Scud.

H ομάδα NII-88 ανέπτυξε διάφορους πυραύλους, πριν αποφασίσει το 1953, ο Korolev, να κατασκευάσει τον πρώτο βαλλιστικό διηπειρωτικό πύραυλο με ακτίνα δράσης 7.000 Km. Ήταν ο πύραυλος R7, και τα σχέδιά του, βασίστηκαν στα σχέδια πυραύλου πολλών επιπέδων των Γερμανών. Στις 21 Αυγούστου του 1957, ο R7, με την ονομασία «Semyorka» εκτοξεύεται επιτυχώς από ένα νέο κέντρο εκτόξευσης: Το κοσμοδρόμιο του Baikonur στο Καζακστάν. Ο Semyorka είχε την ισχύ να θέσει δορυφόρο σε τροχιά. Επειδή όμως η ανάπτυξη πυραύλου που θα μετέφερε στο διάστημα ωφέλιμο φορτίο, απαιτούσε πολλή προσοχή και χρειαζόταν χρόνο, η ομάδα του Korolev, αποφάσισε να αναπτύξει έναν δορυφόρο ελαφρύ, ελάχιστων προδιαγραφών, προκειμένου να προλάβει τους ανταγωνιστές Αμερικανούς. Έτσι προέκυψε ο Sputnik 1, ο πρώτος δορυφόρος που ετέθη σε τροχιά, στις 4 Οκτωβρίου του 1957, συγκλονίζοντας ολόκληρο τον κόσμο.

Sputnik 1 Μέσα σε ένα μήνα, ακριβώς πάνω στην 40η επέτειο της επανάστασης των Μπολσεβίκων και μια μέρα πριν την αποτυχημένη πρώτη απόπειρα των Αμερικανών, να εκτοξεύσουν δορυφόρο, στις 3 Νοεμβρίου του 1957, εκτοξεύεται ο Sputnik 2. Αυτός θέτει σε τροχιά τον πρώτο ζωντανό οργανισμό του πλανήτη μας: Τη σκυλίτσα Laika. Ο Korolev με την ομάδα του θα πετύχαιναν και άλλες πρωτιές: Το πρώτο διαστημικό όχημα σε τροχιά γύρω από το φεγγάρι, την πρώτη φωτογραφία της Σελήνης και τους πρώτους δορυφόρους στον Άρη και την Αφροδίτη.

H Laika στον Sputnik2

Ελληνογαλλική Σχολή Πειραιά «Ο Άγιος Παύλος»

Σελ. 44

Από τη γη στο διάστημα Η επόμενη μεγάλη πρόκληση για την ομάδα του Korolev, ήταν να στείλουν άνθρωπο σε τροχιά γύρω από τη Γη και να τον επαναφέρουν σώο. Για να το πραγματοποιήσουν αυτό, αποφασίστηκε να τροποποιήσουν έναν κατακοπευτικό δορυφόρο. Θα αντικαθιστούσαν τον εξοπλισμό τηλεπισκόπισης του δορυφόρου με το εκτινασσόμενο κάθισμα του αστροναύτη. Μετά από πολλές δοκιμές, με κούκλες και σκυλιά στο ρόλο του αστροναύτη, δημιούργησαν τον Vostok. Αυτός φορτώθηκε πάνω σε έναν βελτιωμένο πύραυλο R7 και στις 12 Απριλίου του 1961, τέθηκε σε τροχιά γύρω από τη Γη, ο πρώτος άνθρωπος που έβγαινε από την γήινη ατμόσφαιρα: ο Yuri Gagarin.

Οι Αμερικανοί αντέδρασαν στις 15 Μαϊου, με την δήλωση – δέσμευση του προέδρου Κέννεντυ, πως θα ήταν οι πρώτοι που θα έστελναν άνθρωπο στη Σελήνη, πριν τελειώσει η δεκαετία του ’60. Ο Korolev σχεδίαζε να προλάβει τους Αμερικανούς στην «κούρσα της Σελήνης», φτιάχνοντας έναν τεράστιο πύραυλο: τον 100 μέτρων ύψους πύραυλο N-1, με τον αρθρωτό δορυφόρο που θα άφηνε εποχή, με την ονομασία: Soyuz. Παρ’ όλες τις επιτυχίες του –ή μάλλον εξ’ αιτίας αυτών – ο Korolev είχε πολλούς αμφισβητίες στα υψηλά στρατιωτικά κλιμάκια. Τον κατηγορούσαν πως οι πύραυλοί του δεν ήταν κατάλληλα σχεδιασμένοι για στρατιωτική χρήση. Ο Korolev δεν τους έδωσε σημασία. O R7 μπορεί να μην ήταν το ιδανικό όπλο, ήταν όμως ο ιδανικότερος πύραυλος της εποχής, για την κατάκτηση του διαστήματος. Η κατασκευή του Ν-1 είχε και άλλο ένα εμπόδιο. Ο Glushko, που ήταν επικεφαλής της ανάπτυξης των κινητήρων, θεωρούσε πως η ανάπτυξη κρυογενικών προωθητικών ήταν αδιέξοδη. O Korolev διαφωνούσε. Για να ξεπεράσει το εμπόδιο αυτής της διαφωνίας, ο Korolev στράφηκε σε έναν άλλο χαρισματικό μηχανικό της εποχής: τον Nikolai Kuznetsov. Ο πύραυλος ήταν πολύ μεγάλος όμως για τους κινητήρες που κατασκεύαζε ο Kuznetsov . Θα χρειάζονταν 42 τέτοιοι κινητήρες για την εκτόξευση του Ν-1. Έτσι η ηγεσία πάγωσε την κατασκευή του Ν-1, η συνέχιση της οποίας, θα εγκρίνονταν τελικά το 1964.

Ελληνογαλλική Σχολή Πειραιά «Ο Άγιος Παύλος»

Σελ. 45

Από τη γη στο διάστημα Όμως οι Αμερικανοί είχαν δώσει απόλυτη προτεραιότητα στο δικό τους «Σεληνιακό πρόγραμμα» για τρία χρόνια. Ο Korolev δεν πρόλαβε να δει το γιγάντιο παιδί του να ολοκληρώνεται. Το 1965 διαγνώστηκε με καρκίνο στο έντερο. Πέθανε στις 14 Ιανουαρίου του 1966 κατά την διάρκεια μιάς εγχείρησης. Δύο εβδομάδες μετά το θάνατό του ο μη επανδρωμένος δορυφόρος Luna 9, προσγειώθηκε στη Σελήνη. Αυτή ήταν και η τελευταία μεγάλη επιτυχία των Σοβιετικών.

Luna 9 Μετά το θάνατό του, το Ρωσικό διαστημικό πρόγραμμα αντιμετώπισε πολλές δυσκολίες. Ο εκτοξευτήρας του Ν-1 δεν στάθηκε εφικτό να κατασκευαστεί εγκαίρως, ώστε να προλάβουν οι Σοβιετικοί, το πρόγραμμα Apollo, στην κούρσα για τη Σελήνη. Και οι τέσσερις δοκιμές εκτόξευσης που πραγματοποίησαν κατέληξαν σε καταστροφή. Τελικά το πρόγραμμα διεκόπη τo 1974, από τον Glushko, ο οποίος είχε τοποθετηθεί στη θέση του Korolev. Το διαστημόπλοιο Soyuz και ο πύραυλος R7, του οποίου η τελευταία εκδοχή ονομάζεται και αυτή Soyuz, παραμένουν ενεργά στο Ρωσικό διαστημικό πρόγραμμα, 40 ολόκληρα χρόνια μετά το θάνατο του σχεδιαστή τους. Με πάνω από 1700 πτήσεις, η «οικογένεια» των πυραύλων Soyuz, έχει το ρεκόρ των περισσότερων εκτοξεύσεων και θα το έχει για πολλές δεκαετίες ακόμα. Αυτοί οι πύραυλοι χρησιμοποιούνται σε τρία διαφορετικά κοσμοδρόμια: Του Baikonur στο Καζακστάν, του Plesetsk στη Βόρεια Ρωσία και από το 2011 στη Γουιάνα, για λογαριασμό της Ευρωπαϊκής Υπηρεσίας Διαστήματος (ESA).

Ελληνογαλλική Σχολή Πειραιά «Ο Άγιος Παύλος»

Σελ. 46

Από τη γη στο διάστημα Valentin Petrovich Glushko Στις 10 Ιανουαρίου 1989, πέθανε στη Μόσχα σε ηλικία 81 ετών, ο Valentin Petrovich Glushko, ο σπουδαιότερος ίσως μηχανικός και σχεδιαστής κινητήρων πυραύλων στη διάρκεια του αμερικανοσοβιετικού ανταγωνισμού στο διάστημα. Ο Glushko είχε γεννηθεί στις 2 Σεπτεμβρίου 1908 στην Οδησσό της Ουκρανίας. Σε ηλικία δεκατεσσάρων ετών άρχισε να ενδιαφέρεται για την αεροναυτική, μετά την ανάγνωση μυθιστορημάτων του Ιουλίου Βερν. Σπούδασε ελασματουργός σε τεχνική σχολή της Οδησσού. Μετά την αποφοίτησή του εκπαιδεύτηκε ως εφαρμοστής και στη συνέχεια ως χειριστής τόρνου. Από το 1924 μέχρι το 1925 έγραφε άρθρα σχετικά με την εξερεύνηση της Σελήνης και πώς θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν οι μηχανές του Konstantin Tsiolkovsky για διαστημικές πτήσεις. Ξεκίνησε να σπουδάζει φυσική και μαθηματικά στο πανεπιστήμιο του Λένινγκραντ (σήμερα Αγία Πετρούπολη), αλλά σύντομα διαπίστωσε ότι αυτές οι σπουδές δεν του ταίριαζαν. Έτσι, τον Απρίλιο του 1929 εγκατέλειψε το πανεπιστήμιο και συνέχισε μέχρι το 1930 την έρευνά του για τους πυραύλους στο Gas Dynamics Laboratory (GDL) στο Λένινγκραντ. Το 1931 έγινε μέλος ενός νέου τμήματος του GIRD (Group for the Study of Reactive Motion) που δημιουργήθηκε στο Λένινγκραντ για τη μελέτη προωθητικών συστημάτων για τους πυραύλους. Στις 23 Μαρτίου 1938, στη διάρκεια των μεγάλων σταλινικών δικών, συνελήφθη από την NKVD και φυλακίστηκε στη φυλακή Butyrka. Στις 15 Αυγούστου 1939 καταδικάστηκε σε οκτώ χρόνια εξορία σε γκούλαγκ. Ενώ υποτίθεται ότι εξορίστηκε, εν τούτοις ο Glushko τοποθετήθηκε στη σχεδίαση αεροσκαφών μαζί με άλλους καταδικασθέντες επιστήμονες. Το 1941 τοποθετήθηκε επικεφαλής σε τμήμα σχεδίασης μηχανών πυραύλων που κινούνται με υγρά καύσιμα. Τελικά απελευθερώθηκε το 1944 με ειδική απόφαση. Το 1944 σε συνεργασία με τον Sergei Korolev σχεδίασαν τον κινητήρα βοηθητικών πυραύλων RD-1 KhZ. Στο τέλος του Β' Παγκοσμίου Πολέμου, ο Glushko στάλθηκε στην Γερμανία και την Ανατολική Ευρώπη για να μελετήσει το γερμανικό πρόγραμμα πυραύλων. Το 1946 έγινε ο επικεφαλής σχεδιαστής του δικού του γραφείου, του OKB 456 (αργότερα NPO Energomash) και παρέμεινε στη θέση αυτή μέχρι το 1974. Αυτό το γραφείο διαδραμάτισε έναν εξέχοντα ρόλο στην ανάπτυξη των κινητήρων πυραύλων στη Σοβιετική Ένωση. Ο Glushko ήταν υποστηρικτής της ιδέας για δημιουργία σοβιετικής βάσης στη Σελήνη, κάτι που τελικά εγκαταλείφθηκε, μιας και τότε, το αμερικάνικο πρόγραμμα Apollo κόντευε να τελειώσει. Τότε, για ν' ανταγωνιστεί το αμερικάνικο διαστημικό λεωφορείο, η σοβιετική κυβέρνηση πρότεινε τη δημιουργία του διαστημικού σταθμού Mir. Για πολλά χρόνια ο Glushko είχε εργαστεί στη σκιά του Korolev και ποτέ δεν έγινε ευρύτερα γνωστός, όσο ήταν στη ζωή. Μόνο μετά το θάνατό του και την περεστρόικα του Γκορμπατσόφ, το τεράστιο έργο που είχε προσφέρει έγινε γνωστό.

Ελληνογαλλική Σχολή Πειραιά «Ο Άγιος Παύλος»

Σελ. 47

Από τη γη στο διάστημα Πυραυλικά ατυχήματα Η τραγωδία του Challenger Η τραγωδία του Τσάλλεντζερ συνέβη στις 28 Ιανουαρίου 1986, όταν το διαστημικό λεωφορείο Τσάλλετζερ διαλύθηκε 73 δευτερόλεπτα μετά την εκτόξευσή του, με συνέπεια το θάνατο του επταμελούς πληρώματός του, ενώ στην αποστολή συμπεριλαμβανόταν για πρώτη φορά ένας πολίτης, η δασκάλα Κρίστα Μακάλφι. Η έκρηξη του διαστημόπλοιου έγινε στο Ακρωτήριο Κανάβεραλ της Φλόριντα, ενώ προκλήθηκε από αποτυχία ενός O-ring στη δεξιά δεξαμενή.

Η αιτία που διαλύθηκε το Τσάλλεντζερ εξακριβώθηκε όταν περισυλέχθηκαν τα συντρίμμια του. Για την ακρίβεια, όταν το Λεωφορείο ήταν σε ύψος 15 χιλιομέτρων, σημειώθηκε αποκόλληση σε δακτύλιο σφραγίσματος (O-ring) στους αγωγούς στερεών καυσίμων, η οποία προκάλεσε ρήγμα στον δεξιό πύραυλο καυσίμων, επιτρέποντας θερμό αέριο υπό πίεση από το εσωτερικό του κινητήρα του πυραύλου να διαρρεύσει έξω. Η διαρροή έσπασε την πρόσδεση που συνέδεε τον πύραυλο με την Εξωτερική Δεξαμενή Καυσίμων, με αποτέλεσμα την αποκόλλησή τους. Μετά από μία ανεξέλεγκτη τροχιά μερικών δευτερολέπτων, το Λεωφορείο καταστράφηκε από δυνάμεις αεροδυναμικής αντίστασης και έπεσε στον ωκεανό, λίγο πιο έξω από τις ακτές της κεντρικής Φλόριντα (αντίθετα με την λαϊκή εντύπωση, το Τσάλεντζερ δεν εξερράγη). Ο πρόεδρος Ρέιγκαν μετά την τραγωδία ζήτησε από τη NASA να βελτιώσει το πρόγραμμα, ενώ εκφώνησε και σχετική τηλεοπτική ομιλία το πρώτο βράδυ μετά το δυστύχημα. Η NASA μετά την καταστροφή ανακοίνωσε ότι στα διαστημικά λεωφορεία θα δημιουργηθεί σύστημα διαφυγής σε περίπτωση ανάγκης.

Ελληνογαλλική Σχολή Πειραιά «Ο Άγιος Παύλος»

Σελ. 48

Από τη γη στο διάστημα Η καταστροφή του Columbia Το δυστύχημα του διαστημικού λεωφορείου Κολούμπια συνέβη στις 1 Φεβρουαρίου 2003, όταν το Κολούμπια διαλύθηκε πάνω από το Τέξας και τη Λουιζιάνα των ΗΠΑ κατά

τη

διάρκεια

επανεισόδου

του

στη

γήινη ατμόσφαιρα, σκοτώνοντας το επταμελές πλήρωμά της αποστολής STS107. Κατά τη διάρκεια της εκτόξευσης της STS-107, την 28η αποστολή του Κολούμπια, ένα κομμάτι ενός αεροδυναμικού βοηθήματος κατασκευασμένου από αφρό έφυγε από την εξωτερική δεξαμενή του αεροσκάφους και χτύπησε το αριστερό φτερό. Στις περισσότερες από τις προηγούμενες εκτοξεύσεις διαστημικών λεωφορείων υπήρξαν μικρές ζημιές από αποκόλληση του αφρώδους υλικού του συγκεκριμένου βοηθήματος , αλλά οι μηχανικοί υποψιάστηκαν πως η ζημιά στο Κολούμπια ήταν σοβαρότερη. Οι διευθύνοντες του προγράμματος από τη NASA περιόρισαν την έρευνα χρησιμοποιώντας ως επιχείρημα ότι, ακόμη και αν το πρόβλημα επιβεβαιωνόταν, το πλήρωμα του διαστημοπλοίου δεν θα μπορούσε να το διορθώσει. Όταν το σκάφος επανεισήλθε στη γήινη ατμόσφαιρα, η προκληθείσα ζημιά επέτρεψε την είσοδο θερμών ατμοσφαιρικών αερίων με αποτέλεσμα να καταστραφεί η εσωτερική δομή του πτερυγίου, να καταστεί ολόκληρη τη δομή του σκάφους ασταθής και να αρχίσει να διαλύεται αργά. Μετά το ατύχημα το διαστημικό πρόγραμμα ανεστάλη για περισσότερο από δύο έτη, όπως είχε γίνει με το ατύχημα του διαστημικού λεωφορείου Τσάλεντζερ. Η κατασκευή του Διεθνούς Διαστημικού Σταθμού (ΔΔΣ) τέθηκε σε αναμονή από την πλευρά της NASA και βασίστηκε αποκλειστικά στη Διαστημική Υπηρεσία της Ρωσικής Ομοσπονδίας επί 29 μήνες για την ανατροφοδότησή του μέχρι την αποστολή STS-114 και 41 μήνες για την εναλλαγή προσωπικού μέχρι την αποστολή STS-121. Έκτοτε έγιναν πολλές τεχνικές και οργανωτικές αλλαγές, συμπεριλαμβανομένης της ενδελεχούς επιθεώρησης του σκάφους καθώς είναι σε τροχιά για τον προσδιορισμό του κατά πόσον καλά λειτουργεί το σύστημα θερμικής προστασίας του σκάφους και της διατήρησης μίας ορισμένης αποστολής διάσωσης, σε περίπτωση που βρεθούν ανεπανόρθωτες βλάβες. Πέρα από την τελευταία αποστολή (STS-125) για την επισκευή του διαστημικού τηλεσκοπίου Χαμπλ, όλες οι μεταγενέστερες αποστολές οδηγούνταν προς τον ΔΔΣ, έτσι ώστε το πλήρωμα να τον χρησιμοποιεί ως ασφαλές μέρος.

Ελληνογαλλική Σχολή Πειραιά «Ο Άγιος Παύλος»

Σελ. 49

Από τη γη στο διάστημα Soyuz 1 Το πρώτο θανατηφόρο δυστύχημα σε διαστημική αποστολή σημειώθηκε το 1967, όταν κατά τη διάρκεια διαστημικής πτήσης η κάψουλα του Σογιούζ 1 κατέπεσε μετά την επανείσοδό της στην ατμόσφαιρα, στις 24 Απριλίου, με αποτέλεσμα να χάσει τη ζωή του ο κοσμοναύτης Vladimir Komarov. Ο Komarov ήταν ο πρώτος κοσμοναύτης που πέταξε στο διάστημα πάνω από μία φορά, και ο πρώτος άνθρωπος που πέθανε κατά τη διάρκεια διαστημικής πτήσης.

Τα απομεινάρια από την καμμένη σορό του Κομάροβ.

Salyut 1-Soyuz11 Το Πρόγραμμα Σαλιούτ (στα ρωσικά Салют, Χαιρετισμός) αφορούσε σε μια σειρά επτά διαστημικών σταθμών που τέθηκαν σε τροχιά από τους Σοβιετικούς στις δεκαετίες του 1970 και του 1980. Οι σταθμοί Σαλιούτ ήταν απλές κατασκευές, αποτελούμενες από ένα κυρίως τμήμα, που έμπαινε σε τροχιά με μία και μόνη εκτόξευση, και αργότερα επανδρωνόταν από πληρώματα που έφταναν με σκάφη Σογιούζ. Το πρόγραμμα αρχικά είχε λάβει την κωδική ονομασία DOS 7-K. Τρεις από τους σταθμούς της σειράς ήταν στην πραγματικότητα στρατιωτικοί σταθμοί Αλμάζ, που τέθηκαν σε τροχιά υπό την κάλυψη του προγράμματος Σαλιούτ προκειμένου να δοκιμαστούν όπλα και μηχανισμοί φωτοαναγνώρισης. Το Πρόγραμμα Σαλιούτ, εκτός από πολλές αστρονομικές παρατηρήσεις και πειράματα σε τροχιά, προσέφερε πολύτιμη εμπειρία στον τομέα της κατασκευής και συντήρησης διαστημικών σταθμών, της μακρόχρονης παραμονής του ανθρώπου στο διάστημα, μα χρησιμοποιήθηκε και σαν πλατφόρμα εξέλιξης της τεχνολογίας που χρησιμοποιήθηκε στην κατασκευή του διαστημικού σταθμού Μιρ.

Oι κοσμοναύτες Georgi Dobrovolski, Viktor Patsayev και Vladislav Volkov πέθαναν ενώ επέστρεφαν στη Γη από το διαστημικό σταθμό Salyut 1, όπου είχαν παραμείνει σε αυτόν για 23 μέρες. Το διαστημικό σκάφος Soyuz 11, με το οποίο επέστρεφαν, πραγματοποίησε μια τέλεια προσγείωση εκείνη τη χρονιά. Ήταν 11 Οκτωβρίου του 1971. Όταν όμως οι ομάδες αποκατάστασης μπήκαν μέσα σε αυτό,

Ελληνογαλλική Σχολή Πειραιά «Ο Άγιος Παύλος»

Σελ. 50

Από τη γη στο διάστημα αντίκρισαν τους τρεις άντρες της αποστολής νεκρούς στις θέσεις τους, ενώ το πρόσωπό τους ήταν γεμάτο με σκούρες μπλε κηλίδες, ενώ έσταζε αίμα από τα αυτιά και τις μύτες τους. Η έρευνα που ακολούθησε έδειξε ότι μια βαλβίδα εξαερισμού είχε υποστεί ρήξη, με αποτέλεσμα οι κοσμοναύτες να πεθάνουν από ασφυξία. Η πτώση της πίεσης εξέθεσε το πλήρωμα στο κενό του διαστήματος. Ήταν οι μόνοι άνθρωποι που είχαν την ατυχία να ζήσουν μια τέτοια εμπειρία. Ο θάνατός τους επήλθε μέσα σε δευτερόλεπτα από τη στιγμή που σημειώθηκε η ρήξη, η οποία έγινε στα 168 χιλιόμετρα. Η κάψουλα που μετέφερε τους αστροναύτες μπόρεσε να προσγειωθεί καθώς λειτουργούσε με αυτόματο πρόγραμμα «επανεισόδου στη Γη». Από την κηδεία του πληρώματος του πυραύλου Soyuz 11

Apollo 1 Οι αστροναύτες Gus Grissom, Edward White II και Roger Chaffee του Apollo 1 έχασαν τη ζωή τους κατά τη διάρκεια μιας «ακίνδυνης» άσκησης εκτόξευσης στις 27 Ιανουαρίου του 1967, όταν ξέσπασε φωτιά στην καμπίνα τους, με αποτέλεσμα να πεθάνουν και οι τρεις από ασφυξία. Πριν από τη δοκιμή, οι τρεις αστροναύτες είχαν εκφράσει τις ανησυχίες τους και μάλιστα πόζαραν σε μια φωτογραφία «προσευχόμενοι» μπροστά από ένα αντίγραφο του διαστημικού αεροσκάφους τους.

Ελληνογαλλική Σχολή Πειραιά «Ο Άγιος Παύλος»

Σελ. 51

Από τη γη στο διάστημα Τα πιο πρόσφατα πυραυλικά ατυχήματα Πολλά ατυχήματα συνέβησαν κατά τη διάρκεια των προσπαθειών του ανθρώπου να κατακτήσει το διάστημα.

4 Ιουνίου 1996: Ο ευρωπαϊκός πύραυλος «Ariane-5», που θα εκτελούσε την παρθενική πτήση του, εξερράγη 40 δευτερόλεπτα μετά την εκτόξευσή του από το ευρωπαϊκό διαστημικό κέντρο στο Κουρού της Γαλλικής Γουιάνας.

20 Ιουνίου 1996: Πύραυλος «Soyuz-5», που μετέφερε αναγνωριστικούς δορυφόρους, εξερράγη λίγο μετά την απογείωσή του από το κοσμοδρόμιο Πλέσετσκ.

20 Μαΐου 1997: Ο ρωσικός πύραυλος «Zenit -2», που μετέφερε στρατιωτικό δορυφόρο, εξερράγη 48 δευτερόλεπτα μετά την απογείωσή του.

25 Ιουνίου 1997: Ο ρωσικός διαστημικός σταθμός Μιρ, στον οποίο επέβαιναν δύο Ρώσοι κοσμοναύτες και ένας Αμερικανός, συγκρούστηκε με διαστημόπλοιο. Το πλήρωμα παραλίγο να πεθάνει, καθώς το οξυγόνο άρχισε να μειώνεται.

12 Αυγούστου 1998: Το αμερικανικό πυραυλικό πρόγραμμα «Titan» διεκόπη, όταν ο πύραυλος «Titan 4Α» εξερράγη λίγο μετά την απογείωσή του, προκαλώντας μια από τις πιο δαπανηρές διαστημικές καταστροφές.

27 Αυγούστου 1998: Ο πύραυλος «Delta 3», που θα εκτελούσε την παρθενική πτήση του μεταφέροντας αμερικανικό τηλεπικοινωνιακό δορυφόρο, εξερράγη σχηματίζοντας μια μπάλα φωτιάς, λίγο μετά την απογείωσή του από το Ακρωτήριο Κανάβεραλ.

10 Σεπτεμβρίου 1998: Βλάβη στον υπολογιστή είχε ως αποτέλεσμα την πτώση ουκρανικού πυραύλου, που μετέφερε 12 εμπορικούς δορυφόρους, λίγα λεπτά μετά την εκτόξευσή του από το Μπαϊκονούρ.

5 Ιουλίου 1999: Ο ρωσικός προωθητικός πύραυλος «Proton-K», που απογειώθηκε από το Μπαϊκονούρ, υπέστη βλάβη με αποτέλεσμα να αποσυνδεθεί η μηχανή κι άλλα τμήματά του και να συντριβεί στη στέπα. Ένα τμήμα του, βάρους 200 kg, έπεσε μέσα στην αυλή ιδιόκτητης κατοικίας.

23 Σεπτεμβρίου 1999: Ο διαστημικός δορυφόρος «Mars Climate Orbiter», που επρόκειτο να τεθεί σε τροχιά γύρω από τον Άρη, καταστράφηκε κατά την είσοδό του στην ατμόσφαιρα του πλανήτη, εξαιτίας της σύγχυσης που είχαν οι κατασκευαστές του σχετικά με το μετρικό και το παλιό αγγλικό σύστημα.

28 Οκτωβρίου 1999: Ένας ρωσικός πύραυλος «Proton», που μετέφερε τηλεπικοινωνιακό δορυφόρο, συνετρίβη λίγο μετά την εκτόξευσή του από το Μπαϊκονούρ.

3 Δεκεμβρίου 1999: Το διαστημόπλοιο της NASA «Mars Polar Lander», αξίας 165 εκ. δολαρίων, έχασε επαφή με τη Γη μόλις έφθασε στον Άρη. Το διαστημόπλοιο θεωρήθηκε ότι χάθηκε.

15 Αυγούστου 2002: Το διαστημόπλοιο της NASA «Contour», ειδικά σχεδιασμένο για την έρευνα κομητών, εκτοξεύτηκε στις 3 Ιουλίου και τέθηκε σε τροχιά γύρω από τη Γη. Το διαστημόπλοιο ανατινάχθηκε όταν εγκατέλειψε τη γήινη ατμόσφαιρα. 11 Δεκεμβρίου 2002: Βελτιωμένος ευρωπαϊκός πύραυλος «Ariane-5» εξερράγη λίγο μετά την εκτόξευσή του από το Κουρού της Γαλλικής Γουιάνας, με αποτέλεσμα οι δύο δορυφόροι που μετέφερε, να πέσουν στον Ατλαντικό Ωκεανό.

1 Φεβρουαρίου 2003: Το διαστημικό λεωφορείο «Κολούμπια», που μετέφερε επτά αστροναύτες, ανατινάχθηκε πάνω από το Τέξας, κατά την επιστροφή του στη Γη, μετά από 16 μέρες πτήσης.

Ελληνογαλλική Σχολή Πειραιά «Ο Άγιος Παύλος»

Σελ. 52

Από τη γη στο διάστημα Αρχές λειτουργίας Αρχή λειτουργίας πυραύλων χημικής καύσης Οι πύραυλοι αποτελούν θερμικές μηχανές των οποίων η λειτουργία βασίζεται στη μετατροπή της θερμικής ενέργειας που παράγεται κατά την καύση ειδικών καυσίμων υλών σε μηχανική ενέργεια. Εν τούτοις αν και τα πυραυλικά συστήματα ανήκουν τυπικά στους αεριωθητές, διαφέρουν κατ' ουσία στο γεγονός ότι δεν χρησιμοποιούν τον ατμοσφαιρικό αέρα καθότι εκτός της γήινης ατμόσφαιρας αυτόςδεν υφίσταται. Έτσι, στα πυραυλικά συστήματα, το απαιτούμενο οξειδωτικό μέσο (συνήθως υγροποιημένο οξυγόνο) και οι ειδικές καύσιμες ύλες μεταφέρονται αποθηκευμένες σε ειδικές διατάξεις και καίγονται με συγκεκριμένες αναλογίες σε ειδικούς καυστήρες για την παραγωγή του ρεύματος εξαγωγής των καυσαερίων. Η διαφοροποίηση αυτή δίνει την δυνατότητα για την πρόωση πυραυλικών συστημάτων και έξω από την γήινη ατμόσφαιρα, γεγονός στο οποίο βασίζονται οι διαπλανητικές πτήσεις. Προφανώς, η λειτουργία τέτοιων συστημάτων περιορίζεται χρονικά και είναι συνάρτηση των διαθεσίμων οξειδωτικου-καύσιμης ύλης. Τα πυραυλικά συστήματα εμφανίζουν μικρότερη απόδοση έναντι των αεριοστρόβιλων στην περιοχή ταχυτήτων των σύγχρονων αεροπλάνων, παρότι η ώση ανά μονάδα βάρους που παράγουν είναι μεγαλύτερη, καθότι οι διατάξεις αποθήκευσης του οξειδωτικού και των ειδικών καυσίμων έχουν μεγάλο βάρος και όγκο. Μειονέκτημα επίσης αποτελεί το γεγονός ότι η παραγόμενη ώση είναι σταθερή και δεν μπορεί να μεταβάλλεται από χειριστή. Στο Σχήμα απεικονίζεται γραφικά ο θάλαμος καύσης (combustion chamber) ενός πυραυλικού κινητήρα με κατάλληλα σχεδιαζόμενο άνοιγμα το οποίο καλείται ακροφύσιο (nozzle) για την διαφυγή των καυσαερίων. Ο σχεδιασμός του θαλάμου καύσης και του ακροφύσιου εξόδου είναι τέτοιος ώστε η κατανομή της πίεσης εντός του θαλάμου να είναι ασύμμετρη, δηλαδή η πίεση να μεταβάλλεται πολύ λίγο εντός του θαλάμου καύσης αλλά να μειώνεται ελαφρά στην περιοχή του ακροφύσιου. Η δύναμη που αναπτύσσεται ως αποτέλεσμα της διαφοράς πίεσης εσωτερικά και εξωτερικά του θαλάμου έχει αντίθετη φορά αυτής των απαερίων, με αποτέλεσμα να ωθεί το θάλαμο προς τα επάνω και γι' αυτό καλείται ώση (thrust). Η δημιουργία πολύ υψηλής ταχύτητας καυσαερίων σε τέτοιες διατάξεις απαιτεί υψηλές θερμοκρασίες και πιέσεις που επιτυγχάνονται μόνον με την μείωση του Μοριακού Βάρους (MB) των καυσαερίων όσο το δυνατό περισσότερο και την καύση εξειδικευμένων καυσίμων υλών, τα οποία καλούνται προωθητικά ή προωθητικές ουσίες (propellants), όρος που καλύπτει όλη τη γκάμα καυσίμων για πυραύλους. Επίσης απαιτείται να μειωθεί όσο το δυνατόν περισσότερο η πίεση των αερίων στην εσωτερική περιοχή του ακροφύσιου δημιουργώντας μεγάλο λόγο διατομής, ο οποίος ορίζεται ως το πηλίκο του εμβαδού της επιφάνειας εξόδου Ae προς το εμβαδό της επιφάνειας της στένωσης (λαιμός-throat) Αt που εμφανίζεται εντός της γεωμετρίας του θαλάμου καύσης. Οι παραπάνω παρατηρήσεις γίνονται πιο κατανοητές στην ανάλυση των φυσικών νόμων που διέπουν την εκτόξευση, η οποία και ακολουθεί.

Η ώση F υπολογιζόμενη από την εφαρμογή της Αρχής Διατήρησης της Ορμής για τον πυραυλικό κινητήρα του παραπάνω σχήματος, δίνεται από τη σχέση:

Ελληνογαλλική Σχολή Πειραιά «Ο Άγιος Παύλος»

Σελ. 53

Από τη γη στο διάστημα

όπου q είναι ο ρυθμός ροής μάζας των καυσαερίων στην έξοδο, Pa η πίεση της ατμόσφαιρας εξωτερικά του θαλάμου, Pe η πίεση των καυσαερίων, Ae το εμβαδόν διατομής στην έξοδο του ακροφύσιου και Ve η ταχύτητα εξόδου των καυσαερίων. Οπως είναι φανερό, η μέγιστη παραγόμενη ώση προκύπτει όταν η πίεση των καυσαερίων είναι ίση με την πίεση της ατμόσφαιρας εξωτερικά του θαλάμου (Pe=Pa). Αντίστοιχο χρήσιμο μέγεθος της ώσης είναι η ειδική ώθηση (specific impulse) ενός πυραυλικού συστήματος, η οποία ορίζεται ως ο λόγος της ώσης δια τον ρυθμό ροής του εξερχόμενου βάρους των καυσαερίων:

όπου F η ώση, α είναι ο ρυθμός ροής μάζας των καυσαερίων στην έξοδο, και g0 η τιμή της επιτάχυνσης της βαρύτητας (9.80665 m/s2). Η ειδική ώθηση έχει διαστάσεις χρόνου και εκφράζεται σε μονάδες χρόνου ( s). Εάν η ώση και ο ρυθμός ροής του εξερχόμενου βάρους των καυσαερίων παραμένουν σταθερές καθ' όλη την διάρκεια της καύσης του προωθητικού, η ειδική ώθηση αντιστοιχεί στον χρόνο για τον οποίο ο πυραυλικός κινητήρας παρέχει ώση ίση με το βάρος του προωθητικού που καταναλώνει . Για δεδομένο κινητήρα, η ειδική ώθηση έχει διαφορετική τιμή στην επιφάνεια της θάλασσας στη Γη από ότι στο κενό στο Διάστημα, μιας και η πίεση της ατμόσφαιρας που χρησιμοποιείται στον ορισμό της ώσης λαμβάνει εντελώς διαφορετική τιμή στις δύο αυτές καταστάσεις . Λόγω των απωλειών που εμφανίζονται σε κάθε πυραυλικό κινητήρα (μη αποτελεσματική καύση του προωθητικού, θερμικές απώλειες του ακροφύσιου, μηχανικές απώλειες των αντλητικών συστημάτων κλπ), οι πραγματικές τιμές της ειδικής ώθησης διαφέρουν από τις θεωρητικά υπολογιζόμενες σε ιδανικά ακροφύσια.

Τέλος ένα ακόμα χρήσιμο μέγεθος για την αποτίμηση της απόδοσης ενός πυραυλικού κινητήρα είναι η χαρακτηριστική ταχύτητα εξόδου των καυσαερίων (characteristic exhaust velocity), C*, η οποία είναι μέτρο της διαθέσιμης ενέργειας από την καύση του προωθητικού, η οποία δίνεται στη Σχέση:

όπου Pc είναι η πίεση στο εσωτερικό του θαλάμου καύσης και Ar το εμβαδόν διατομής στο σημείο στένωσης (λαιμός) του ακροφύσιου. Ένα συνηθισμένο εύρος μετρούμενων τιμών για την χαρακτηριστική ταχύτητα εξόδου των καυσαερίων C* αναλόγως του χρησιμοποιούμενου προωθητικού μεταξύ 1333 m/s για την υδραζίνη ως μονοπροωθητικό και 2360 m/s για κρυογενικό μίγμα υδρογόνου/οξυγόνου.

Είδη κινητήρων πυραυλικών συστημάτων Για να μπορέσει ένα όχημα να βγει από τη γήινη ατμόσφαιρα και να σταθεροποιηθεί σε τροχιά γύρω από τη Γη, με μέγιστο ύψος κάτω από 1000 km (όπως ο πρώτος Sputnik 1), πρέπει να αποκτήσει ταχύτητα περίπου Ελληνογαλλική Σχολή Πειραιά «Ο Άγιος Παύλος»

Σελ. 54

Από τη γη στο διάστημα 7,9 km/s, η οποία ονομάζεται και πρώτη κοσμική ταχύτητα. Αν το όχημα πρέπει να ξεφύγει από τη γήινη έλξη, πρέπει να αποκτήσει ταχύτητα 11,2 km/s, η οποία και καλείται δεύτερη κοσμική ταχύτητα. Για να εισέλθει ένα διαστημόπλοιο στο πεδίο έλξης του Ήλιου, πρέπει να αποκτήσει την τρίτη κοσμική ταχύτητα, η οποία είναι περίπου ίση με 16 km/s . Αυτές οι ταχύτητες επιτυγχάνονται με τη χρήση πολυώροφων πυραυλωνφορέων που προωθούνται με πυραυλοκινητήρες (πύραυλοι). Για να πραγματοποιηθούν ισχυρότερες ωθήσεις, έτσι ώστε να είναι δυνατή η μεταφορά στο Διάστημα μεγαλύτερων φορτίων, μεταβάλλονται είτε οι διαστάσεις των πυραύλων-φορέων και των πυραυλοκινητήρων τους, είτε τα προωθητικά καύσιμα τους. Ένας τυπικός πυραυλοκινητήρας αποτελείται από τα εξής διακριτά μέρη : - τον θάλαμο καύσης - το ακροφύσιο και - τον εγχυτήρα (injector). Όπως αναφέρθηκε και παραπάνω, ο θάλαμος καύσης είναι ο χώρος στον οποίο λαμβάνει χώρα η καύση του προωθητικού υπό υψηλή πίεση και υψηλή θερμοκρασία, γι' αυτό σχεδιάζεται ώστε να έχει τις κατάλληλες διαστάσεις ώστε να επιτυγχάνεται πλήρης καύση πριν την είσοδο των αερίων στο ακροφύσιο και κατασκευάζεται με τέτοιον τρόπο ούτως ώστε να μπορεί να αντέξει τις μεγάλες θερμικές και μηχανικές καταπονήσεις που αναπτύσσονται σε αυτές τις συνθήκες. Συνήθως και ο θάλαμος καύσης και το ακροφύσιο ψύχονται μέσω κατάλληλων συστημάτων ψύξης. Τα είδη των πυραυλικών κινητήρων, όπως τα βρήκαμε στην ιστοσελίδα: armscontrol.info παρουσιάζονται στον παρακάτω πίνακα:

Ελληνογαλλική Σχολή Πειραιά «Ο Άγιος Παύλος»

Σελ. 55

Από τη γη στο διάστημα

Τα είδη προωθητικών συστημάτων φαίνονται στον παρακάτω πίνακα:

Ελληνογαλλική Σχολή Πειραιά «Ο Άγιος Παύλος»

Σελ. 56

Από τη γη στο διάστημα Προωθητικά υλικά Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, ως προωθητικό ονομάζεται το μίγμα κατάλληλα επιλεγμένων χημικών υλών (καύσιμο και οξειδωτικό) το οποίο δύναται να υποστεί χημική μετατροπή από την οποία να παραχθεί ώση. Οι ουσίες αυτές ονομάζονται και με τον διεθνή όρο propergol που ήρθε στην επικαιρότητα με τη σύγχρονη τεχνική των βλημάτων και προσδιορίζει μια ουσία ικανή να παράγει ενέργεια (ergol) για να πραγματοποιηθεί μια προώθηση. Τα προπεργκόλ διακρίνονται σε μονοεργκόλ (monoergol), δηλαδή υλικά που περιλαμβάνουν από τη σύνθεση τους και το καύσιμο και το οξειδωτικό, σε διεργκόλ (biergol), δηλαδή υλικά που προορίζονται να συνδυαστούν για την ανάπτυξη προωθητικής ισχύος και σε υπεργκόλ (hypergol), ουσίες που όταν έρθουν σε επαφή αντιδρούν ακαριαία και παράγουν την ενέργεια η οποία χρειάζεται για την ανάπτυξη προωθητικής ισχύος. Η καύσιμη ύλη (fuel) είναι αυτή της οποίας η καύση όταν αντιδρά με το οξυγόνο παράγει αέρια προϊόντα τα οποία χρησιμοποιούνται στην προώθηση του πυραυλικού κινητήρα. Η οξειδωτική ύλη (oxidizer) είναι το μέσο το οποίο απελευθερώνει το οξυγόνο που είναι απαραίτητο για την αντίδραση καύσης. Ο λόγος της μάζας του οξειδωτικού μέσου προς τη μάζα της καύσιμης ύλης καλείται λόγος καυσίμου μίγματος (mixture ratio). Μέτρο για την κατάταξη των πυραυλικών προωθητικών υλών ως προς την απόδοση τους αποτελεί η ειδική ώθηση, η οποία όπως ορίστηκε προηγουμένως, δείχνει την μάζα η οποία υφίσταται ώση ανά μονάδα καταναλισκόμενης μάζας της προωθητικής ύλης και ανά μονάδα χρόνου (lb ώσης/lb καυσίμου/s ή kg ώσης/kg καυσίμου/s). Παρότι η ειδική ώθηση εξαρτάται από τον τύπο του προωθητικού, η ακριβής τιμή της μεταβάλλεται σε κάποιον βαθμό συναρτήσει των συνθηκών λειτουργίας στον θάλαμο καύσης και εν γένει από τον σχεδιασμό του πυραυλικού κινητήρα. Τα προωθητικά κατατάσσονται με βάση την φυσική τους κατάσταση σε: - υγρά - στερεά και - υβριδικά. Στη συνέχεια γίνεται μια περιγραφή των χαρακτηριστικών των προωθητικών υλών κάθε κατηγορίας που έχουν χρησιμοποιηθεί ή χρησιμοποιούνται σήμερα σε αεροδιαστημικές εφαρμογές. (Αριστερή εικόνα: Μονομεθυλυδραζίνη-MMH. Δεξιά: Red Fuming Nitric Acid – RFNA)

Ελληνογαλλική Σχολή Πειραιά «Ο Άγιος Παύλος»

Σελ. 57

Από τη γη στο διάστημα Υγρά προωθητικά Στις πυραυλικές διατάξεις με κινητήρες όπου χρησιμοποιούνται υγρά προωθητικά, η καύσιμη ύλη και το οξειδωτικό βρίσκονται αποθηκευμένα σε χωριστές δεξαμενές και τροφοδοτούνται στο θάλαμο καύσης μέσω ενός συστήματος ειδικά διαστασεολογημένων και κατασκευασμένων σωληνώσεων, βαλβίδων και αντλιών. Αποτελούν τα σημαντικότερα είδη καυσίμων πυραύλων και διαιρούνται σε δυο κατηγορίες: Μονοκαύσιμα (monopropellants) Αποτελούνται από ένα μόνο συστατικό, που κατά τη βίαιη αποσύνθεση του μετατρέπεται σε μίγμα αερίων. Τα αέρια αυτά με μεγάλη ταχύτητα εξέρχονται από το ακροφύσιο εξασφαλίζοντας έτσι την πρόωση του εξ αντιδράσεως. Δεν πρόκειται συνεπώς για καύσιμα με την κλασσική έννοια του όρου αλλά για προωθητικά δια διασπάσεως. Συνηθέστερα είναι το υπεροξείδιο του υδρογόνου (Η202) και το νιτρομεθάνιο (CH3N02). Η χρήση τους είναι περιορισμένη λόγω της αστάθειας τους, γεγονός που δημιουργεί σοβαρά προβλήματα ασφάλειας κατά την αποθήκευση τους. Διπλά καύσιμα (bipropellants) Είναι τα σπουδαιότερα και συνηθέστερα, όχι μόνο από τα υγρά καύσιμα, αλλά από όλες τις προωθητικές ουσίες που προορίζονται για πυραύλους. Το καύσιμο και το οξειδωτικό μέσο περιέχονται σε χωριστές δεξαμενές και φέρονται σε επαφή μόνο κατά τη στιγμή πυροδοτήσεως του πυραύλου. Αυτό έχει σαν συνέπεια η ετοιμότητα χρήσεως των πυραύλων με υγρά καύσιμα να είναι μικρότερη από αυτή στους πυραύλους με στερεά καύσιμα, έχουν όμως πολύ μεγαλύτερη προωθητική ισχύ. Η εισαγωγή τους στο θάλαμο καύσεως γίνεται συνήθως με τη βοήθεια αδρανούς αερίου π.χ. άζωτο Ν2 . Οι κινητήρες που χρησιμοποιούν υγρά προωθητικά είναι πιο σύνθετοι στην κατασκευή από τους αντίστοιχους κινητήρες που χρησιμοποιούν προωθητικά σε στερεά κατάσταση, αν και εμφανίζουν συγκριτικά πλεονεκτήματα, κυρίως λόγω της δυνατότητας ελέγχου της ροής του προωθητικού στο θάλαμο καύσης, γεγονός που παρέχει τη δυνατότητα χειρισμών του κινητήρα σε διάφορες καταστάσεις λειτουργίας του, όπως παύση, επανεκκίνηση, στραγγαλισμός κλπ. Τα υγρά προωθητικά υψηλής απόδοσης είναι εκείνα με υψηλή τιμή ειδικής ώθησης, δυνητικά να παρέχουν αέρια με πολύ μεγάλη ταχύτητα εξόδου . Για να επιτευχθούν μεγάλες ταχύτητες εξόδου καυσαερίων, απαιτείται η χρήση κατάλληλων ιδιοτήτων υγρών προωθητικών τα οποία οδηγούν στην επίτευξη πολύ υψηλών θερμοκρασιών στον θάλαμο καύσης, αλλά ταυτόχρονα και στην παραγωγή καυσαερίων πολύ μικρού μοριακού βάρους. Άλλη βασική παράμετρος που πρέπει να ληφθεί υπόψη στην επιλογή τέτοιων υλών είναι η πυκνότητα του προωθητικού, μετρημένη στις συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας που επικρατούν τόσο στην Γη, όσο και κατά την πορεία του πυραυλικού συστήματος μετά την εκτόξευση του εκτός Γήινης ατμόσφαιρας. Η χρήση προωθητικών χαμηλής πυκνότητας απαιτεί αποθηκευτικές δεξαμενές μεγαλύτερου όγκου, οδηγώντας στην αύξηση της μάζαςτου συστήματος εκτόξευσης . Ένας ακόμη βασικής σημασίας παράγοντας είναι και η θερμοκρασία αποθήκευσης της προωθητικής ύλης. Για τα προωθητικά με χαμηλές θερμοκρασίες αποθήκευσης (π.χ. κρυογενικά προωθητικά, cryogenic propellants) απαιτούνται πρόσθετα θερμομονωτικά υλικά, αυξάνοντας έτσι την μάζα του συστήματος εκτόξευσης . Μείζονος σημασίας είναι και η τοξικότητα του προωθητικού καθώς κίνδυνοι εγκυμονούν κατά τους χειρισμούς κατά τη μεταφορά, φόρτωση και αποθήκευση και ειδικά μέτρα ασφαλείας θα πρέπει να τίθενται Ελληνογαλλική Σχολή Πειραιά «Ο Άγιος Παύλος»

Σελ. 58

Από τη γη στο διάστημα σε εφαρμογή για προωθητικές ύλες υψηλής τοξικότητας. Δεν θα πρέπει επίσης να παραβλεφθεί το γεγονός ότι ορισμένες υγρές προωθητικές ύλες εμφανίζουν έντονη διαβρωτική συμπεριφορά, με συνέπεια την αναγκαία χρήση ξειδικευμένων υλικών για την κατασκευή του πυραυλικού συστήματος με υψηλή αντίσταση στη διάβρωση έναντι του εκάστοτε προωθητικού · Τα υγρά προωθητικά μπορούν να ταξινομηθούν σε τρεις τύπους : - παράγωγα του πετρελαίου - κρυογενικά (cryogens) και - υπεργκόλ (hypergol). Ακολουθεί μια σύντομη περιγραφή για κάθε τύπο. Πετρελαϊκά παράγωγα Προκύπτουν ως προϊόντα της διύλισης του αργού πετρελαίου και αποτελούν πολυσυστατικά, πολυφασικά μίγματα υδρογονανθράκων (οργανικές ενώσεις που αποτελούνται μόνον από άτομα άνθρακα C και υδρογόνου Η2). Κυρίως τα υγρά προωθητικά αυτής της κατηγορίας αφορούν κηροζίνη πολύ υψηλής καθαρότητας (highly refined kerosene) με κωδική ονομασία στις Η.Π.Α. RP-1. Συνήθως χρησιμοποιούνται σε συνδυασμό με υγροποιημένο οξυγόνο (liquid oxygen, ή LOX) ως οξειδωτικό μέσο . Η κηροζίνη αυτής της κατηγορίας έχει μικρότερη τιμή ειδικής ώθησης σε σύγκριση με τα κρυογενικά καύσιμα αλλά εμφανίζει καλύτερη απόδοση σε σχέση με τα προωθητικά του τύπου υπεργκόλ. Αν και οι πρώτες προδιαγραφές για το καύσιμο RP-1 εμφανίζονται ήδη από το 1957, οπότε και διαφάνηκε η αναγκαιότητα χρήσης ενός καθαρού πετρελαϊκού πυραυλικού καυσίμου , ακόμα και με τις νέες υπάρχουσες προδιαγραφές οι κινητήρες που χρησιμοποιούν το καύσιμο αυτό παράγουν ανεπιθύμητα παραπροϊόντα (άκαυστοι υδρογονάνθρακες και αιθάλη που επικάθονται στον εγχυτήρα, άκαυστο υπόλειμμα που επικάθεται στις ψυχόμενες περιοχές του κινητήρα κλπ) τα οποία μειώνουν τον χρόνο λειτουργίας τους . Μίγματα υγρού οξυγόνου και RP-1 χρησιμοποιήθηκαν ως προωθητικά σε πρώτου επιπέδου πυραύλους εκτόξευσης (first-stage boosters) των οχημάτων εκτόξευσης Atlas, Delta II, Saturn 1Β και Saturn V. Κρυογενικά προωθητικά Αποτελούνται από υγροποιημένα αέρια που βρίσκονται αποθηκευμένα σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες. Κυρίως χρησιμοποιείται το υγρό υδρογόνο (liquid hydrogen, LH2) ως καύσιμο και το υγρό οξυγόνο (liquid oxygen, L02 ή LOX) ως το οξειδωτικό. Το υδρογόνο υγροποιείται σε θερμοκρασίες κάτω του σημείου βρασμού του (-253°C) ενώ το οξυγόνο παραμένει σε υγρή κατάσταση σε θερμοκρασίες κάτω των -183°C . Οι πολύ χαμηλές αυτές θερμοκρασίες καθιστούν τα κρυογενικά καύσιμα δύσκολα στην αποθήκευση για μεγάλες χρονικές περιόδους. Σε αυτό το μειονέκτημα τους οφείλεται το γεγονός ότι δεν είναι επιθυμητά για χρήση σε στρατιωτικούς πυραύλους, καθώς θα έπρεπε να βρίσκονται σε ετοιμότητα εκτόξευσης για μήνες . Συν τοις άλλοις, η πολύ μικρή πυκνότητα του υγρούυδρογόνου (0.071 g/cm ) οδηγεί στην απαίτηση δεξαμενών πολλαπλάσιου όγκου σε σύγκριση με άλλα καύσιμα. Παρά τα μειονεκτήματα το υγρό υδρογόνο εμφανίζει τιμές ειδικής ώθησης κατά 30-40% υψηλότερες σε σύγκριση με τα περισσότερα πυραυλικά καύσιμα κλασικού τύπου, όπως η κηροζίνη, ενώ δεν θα πρέπει να παραληφθεί το γεγονός της απουσίας ρύπων καθώς τα καυσαέρια που παράγονται είναι υπέρθερμοι Ελληνογαλλική Σχολή Πειραιά «Ο Άγιος Παύλος»

Σελ. 59

Από τη γη στο διάστημα υδρατμοί (Η20). Επίσης το υγρό υδρογόνου δεν έχει καθόλου χρώμα και οσμή, δεν είναι τοξικό, δεν διαβρώνει τις δεξαμενές, δεν προξενεί ερεθισμούς ή παρόμοια φαινόμενα στα άτομα που το χειρίζονται, μπορεί να διατηρηθεί για πολύ σε δεξαμενές χωρίς να αλλοιωθεί ή να αποσυντεθεί . Για τη μεταφορά και αποθήκευση του υγρού υδρογόνου χρησιμοποιούνται δεξαμενές με διπλά τοιχώματα, με ατμοσφαιρική μόνωση, γιατί, με την απορρόφηση μικρού ποσού θερμότητας εξατμίζεται ταχύτατα. Υγρό οξυγόνο και υγρό υδρογόνο έχουν χρησιμοποιηθεί ως προωθητικά σε υψηλής επιτελεστικότητας πυραυλοκινητήρες διαστημικών λεωφορείων (space shuttles). Μίγματα LOX/LH2 χρησιμοποιήθηκαν στις πρώτες φάσεις εκτόξευσης των πυραύλων Saturn 1Β και Saturn V αλλά και του Centaur, του πρώτου πυραύλου των Η.Π.Α. που το 1962 βασίστηκε εξ ολοκλήρου σε μίγμα LOX/LH2 ως προωθητικό αλλά και των προωθητικών συστημάτων εκτόξευσης 1ου σταδίου και άλλων αποστολών όπως αυτής του Discovery .

Άλλα κρυογενικά καύσιμα που χρησιμοποιούνται σε διαστημικά προωθητικά συστήματα είναι το υγρό μεθάνιο (σημείο βρασμού -162°C) το οποίο μαζί με υγρό οξυγόνο αποτελούν ένα καθαρό, μη τοξικό καύσιμο με απαίτηση δεξαμενών αποθήκευσης μικρότερων όγκων σε σχέση με τα κοινά προωθητικά υπεργκόλ . Αν και προωθητικά LOX/μεθανίου δεν έχουν τύχει χρήσης στην αεροδιαστημική πλην ελαχίστων σε δοκιμές στο έδαφος, εν τούτοις υποστηρίζεται από πολλούς ερευνητές ότι οι μελλοντικές διαστημικές αποστολές προς τον πλανήτη Άρη πιθανότατα θα χρησιμοποιούν ως προωθητικό LOX/μεθάνιο, καθώς είναι δυνατόν να μπορεί να παραχθεί μεθάνιο in-situ από πρώτες ύλες στον Άρη. Στην ίδια κατηγορία ανήκει και το υγροποιημένο φθόριο F2 (σημείο βρασμού 188°C) με βάση το οποίο έχουν αναπτυχθεί στο παρελθόν και δοκιμαστεί με επιτυχία πυραυλικοί κινητήρες. Αν και δεν μπορεί να χαρακτηριστεί ως άκρως τοξικό αέριο, το φθόριο είναι το πιο οξειδωτικό χημικό στοιχείο του Περιοδικού Πίνακα το οποίο αντιδρά βιαίως με οποιοδήποτε χημικό στοιχείο ή χημική ουσία (εκτός του αζώτου και ενώσεων που έχουν ήδη υποστεί φθορίωση). Η χρήση του σε πυραυλικούς κινητήρες επιφέρει αξιοσημείωτα αποτελέσματα , γι' αυτό και αναμιγνύεται με LOX βελτιώνοντας την απόδοση πυραυλοκινητήρων βασισμένων σε LOX ως την οξειδωτική ύλη (το παραγόμενο μίγμα καλείται FLOX), αν και η εν γένει τοξικότητα του οδήγησε στο να εγκαταλειφθεί ως λύση από τα περισσότερα εμπλεκόμενα με την αεροδιαστημική τεχνολογία έθνη (αν και η ουσία πενταφθοριούχο χλώριο, CIF5, θεωρείται από πολλούς ως κατάλληλη για οξειδωτικό σε πτήσεις στο απώτερο Διάστημα).

Ελληνογαλλική Σχολή Πειραιά «Ο Άγιος Παύλος»

Σελ. 60

Από τη γη στο διάστημα Προωθητικά τύπου υπεργκκόλ (hypergolic propellents) Τα προωθητικά τύπου υπεργκόλ είναι καύσιμες και οξειδωτικές ύλες οι οποίες όταν έρθουν σε επαφή αναφλέγονται αυθόρμητα, γεγονός που σημαίνει ότι δεν απαιτούν την παρουσία εναύσματος (φλόγα, σπινθήρας, διάπυρη επιφάνεια, ακτινοβολία κλπ). Η ευκολία στην εκκίνηση και επανεκκίνηση των συστημάτων που χρησιμοποιούν υπεργκόλ, τα καθιστούν ιδανικά για διαστημικά προωθητικά συστήματα ελιγμών. Επιπρόσθετα, παραμένουν σε υγρή κατάσταση σε συνήθεις συνθήκες διευκολύνοντας την αποθήκευση τους σε σύγκριση με τα κρυογενικά προωθητικά αν και εμφανίζουν υψηλή τοξικότητα, γι’ αυτό και θα πρέπει να χειρίζονται με πολύ μεγάλη προσοχή. Στην κατηγορία αυτή ανήκουν οι χημικές ενώσεις υδραζίνη, Ν 2Η4, (hydrazine), μονομεθυλο-υδραζίνη, (CH3)NH(NH2), (monomethyl hydrazine ή ΜΜΗ), μη συμμετρική διμεθυλο-υδραζίνη, (CH3)2N(NH2), (unsymmetrical dimethyl hydrazine ή UDMH). Αν και η υδραζίνη εμφανίζει την βέλτιστη συμπεριφορά ως πυραυλικό καύσιμο, το σχετικά υψηλό σημείο πήξεως (2°C) και η χαμηλή θερμική της σταθερότητα αποτελούν περιορισμούς στην χρήση της σε πυραυλικές εφαρμογές, παρότι στον 2° Παγκόσμιο Πόλεμο χρησιμοποιήθηκε ως καύσιμο του Messerschmitt Me 163 Komet, του πρώτου πυραυλοκίνητου μαχητικού αεροσκάφους σχεδιασμένο από τον Γερμανό Alexander Lippisch. Η μονομεθυλο-υδραζίνη εμφανίζει μεγαλύτερη σταθερότητα (σημείο πήξης -52°C) και έχει χρησιμοποιηθεί ως προωθητικό σε διαστημικές εφαρμογές, ενώ η μη συμμετρική διμεθυλο-υδραζίνη εμφανίζει το χαμηλότερο σημείο πήξης (-57°C) και άρα λόγω της μεγάλης θερμικής σταθερότητας τΠζ χρησιμοποιείται σε μεγάλων διαστάσεων κινητήρες οχημάτων εκτόξευσης με αναγεννητική ψύξη (large regeneratively cooled engines), αν και η απόδοση της είναι η χαμηλότερη σε σύγκριση με τα υπόλοιπα παράγωγα της υδραζίνης. Εκτός των άλλων χρησιμοποιούνται και μίγματα παραγώγων της υδραζίνης, όπως αυτό που αποτελείται από 50% κ.β. UDMH και 50% κ.β. υδραζίνη (κοινή ονομασία Aerozine 50), το οποίο εμφανίζει την ίδια θερμική σταθερότητα με την UDMH αλλά καλύτερη απόδοση. Ως οξειδωτικό μέσο με τα παράγωγα της υδραζίνης χρησιμοποιείται το τετροξείδιο του αζώτου (Ν2Ο4, nitrogen tetroxide ή ΝΤΟ) ή το τύπου Ill-Α νιτρικό οξύ (inhibited red-fuming nitric acid, IRFNA) το οποίο αποτελείται κυρίως από νιτρικό οξύ (ΗΝ03), 14% κ.β. άζωτο (Ν2), 1,5 έως 2,5% κ.β. νερό (Η20) και 0,6% υδροφθόριο (HF) ως αναστολέα διάβρωσης. Το τετροξείδιο του αζώτου εμφανίζει χαμηλή διαβρωτική συμπεριφορά σε σχέση με το νιτρικό οξύ και καλύτερη απόδοση, μολονότι το σημείο πήξης του είναι υψηλότερο (-11,2°C), αν και μπορεί να μειωθεί με την προσθήκη μονοξειδίου του αζώτου (NO) οπότε και το προκύπτον μίγμα καλείται αναμεμιγμένα οξείδια του αζώτου (mixed oxides of nitrogen, MON), με γνωστότερα τα αναμίγματα ΜΟΝ-3 με σημείο πήξης -15°C και ΜΟΝ-25 με σημείο πήξης -55°C (περιέχοντα 3 και 25% κ.β. μονοξείδιο του αζώτου αντίστοιχα) . Τα οχήματα εκτόξευσης τύπου Titan και οι εξελιγμένοι πύραυλοι Delta II χρησιμοποίησαν ως προωθητικό το μίγμα NTO/Aerozine 50, ενώ το μίγμα ΝΤΟ/ΜΜΗ χρησιμοποιήθηκε σε συστήματα ελιγμών για τη διόρθωση της τροχιάς των διαστημικών λεωφορείων. Επίσης, το μίγμα IRFNA/UDMH έχει χρησιμοποιηθεί στους στρατιωτικούς πυραύλους τακτικών επιχειρήσεων τύπου Lance με κατασκευαστή τον Στρατό των Η.Π.Α.

(1972-1991). Η υδραζίνη έχει χρησιμοποιηθεί εκτός των άλλων και ως μονοκαύσιμο (monopropellant) σε κινητήρες καταλυτικής αποικοδόμησης (catalytic decomposition engines) όπου υγρό καύσιμο διασπάται σε αέρια υψηλής θερμοκρασίας παρουσία καταλύτη. Η αποικοδόμηση της υδραζίνης παράγει ως προϊόντα είτε μίγμα υδρογόνου και αζώτου, είτε μίγμα αμμωνίας και αζώτου, τα οποία αναπτύσσουν θερμοκρασίες της τάξης των 1100°C και ειδική ώθηση 230 - 240 s. Ελληνογαλλική Σχολή Πειραιά «Ο Άγιος Παύλος»

Σελ. 61

Από τη γη στο διάστημα Λοιπά υγρά προωθητικά Εκτός των παραπάνω κατηγοριών και άλλες προωθητικές ύλες έχουν χρησιμοποιηθεί στο παρελθόν, οι οποίες και αξίζει στο σημείο αυτό να μνημονευθούν, όχι μόνο για λόγους πληρότητας. Έτσι, στα παρακάτω παρατίθενται τα βασικά τους χαρακτηριστικά. Στις απαρχές της πυραυλικής επιστήμης ως καύσιμες ύλες χρησιμοποιήθηκαν και οι αλκοόλες. Οι πύραυλοι V-2 των Ναζί και Redstone των Η.Π.Α. χρησιμοποιούσαν ως καύσιμο μίγμα υγροποιημένου οξυγόνου LOX και αιθυλικής αλκοόλης (CH3CH2OH) διαλυτοποιημένης σε νερό για τη μείωση της θερμοκρασίας στον θάλαμο καύσης. Με την ανάπτυξη αποτελεσματικότερων καυσίμων η χρήση αλκοολών σταμάτησε. Το υπεροξείδιο του υδρογόνου (Η202) χρησιμοποιήθηκε ως οξειδωτικό μέσο λόγω της ιδιότητας του να διασπάται απελευθερώνοντας ατομικό οξυγόνο |0|, στον Βρετανικό πύραυλο Black Arrow. Σε υψηλές συγκεντρώσεις (85-95% κ.β. Η202) το υπεροξείδιο του υδρογόνου καλείται υπεροξείδιο δοκιμών (high-test peroxide ή ΗΤΡ). Τόσο η απόδοση όσο και η πυκνότητα του ΗΤΡ είναι αντίστοιχες αυτών του νιτρικού οξέος, χωρίς να εμφανίζει την ίδια τοξικότητα και διαβρωτική συμπεριφορά, αν και το σημείο πήξεως του είναι υψηλό. Παρουσία ειδικού καταλύτη το ΗΤΡ διασπάται σε οξυγόνο και υπέρθερμο ατμό αποδίδοντας ειδική ώθηση της τάξης των 150 s. Αν και δεν χρησιμοποιήθηκε με επιτυχία ως οξειδωτικό μέσο σε μεγάλης κλίμακας εφαρμογές διπλών καυσίμων (bi-propellant), εν τούτοις χρησιμοποιήθηκε ως μονοκαύσιμο (monopropellant). Το υποξείδιο του αζώτου (Ν20, nitrous oxide) χρησιμοποιήθηκε και ως οξειδωτικό μέσο και ως μονοκαύσιμο (monopropellant). Το υποξείδιο του αζώτου με την παρουσία ειδικού καταλύτη υφίσταται διάσπαση η οποία είναι έντονα εξώθερμη στα αέρια προϊόντα άζωτο και οξυγόνο, αποδίδοντας ειδική ώθηση της τάξης των 170 S.

Στερεά προωθητικά Οι πυραυλικοί κινητήρες που χρησιμοποιούν στερεά καύσιμα είναι οι απλούστεροι στην κατασκευή έναντι των υπολοίπων. Αποτελούνται από ένα περίβλημα από ειδικό χάλυβα, γεμισμένο με ένα μίγμα στερεών ουσιών (που αποτελείται από το καύσιμο και το οξειδωτικό) το οποίο καίγεται ταχύτατα παράγοντας θερμά αέρια τα οποία καθώς αποβάλλονται από το ακροφύσιο παράγουν ώση. Πολλές φορές τοποθετούνται επιπρόσθετα ειδικά σχεδιασμένα πλέγματα για τη συγκράτηση των κόκκων του προωθητικού μίγματος κατά την καύση. Τα στερεά προωθητικά κατά την ανάφλεξη τους καίγονται από το εσωτερικό προς το εξωτερικό της διατομής του προωθητικού γεμίσματος, κατά συνέπεια το προωθητικό λειτουργεί και ως θερμομονωτικό του θαλάμου καύσης . Η γεωμετρία του καναλιού καθορίζει την ταχύτητα καύσης, άρα εμμέσως ελέγχει και τηνπαραγωγή ώσης. Σε αντίθεση με τους πυραυλοκινητήρες που χρησιμοποιούν υγρά προωθητικά, οι κινητήρες στερεών προωθητικών δεν μπορούν να σταματήσουν από τον χειριστή. Απαξ και πυροδοτηθούν θα καινε μέχρις ότου να εξαντληθεί το προωθητικό. Διαιρούνται σε δυο μικρότερες κατηγορίες, τα ομογενή και τα ετερογενή στερεά καύσιμα. Και οι δύο κατηγορίες εμφανίζουν υψηλή πυκνότητα, θερμική σταθερότητα σε συνήθεις θερμοκρασίες και αποθηκεύονται εύκολα. Ελληνογαλλική Σχολή Πειραιά «Ο Άγιος Παύλος»

Σελ. 62

Από τη γη στο διάστημα Ομογενή καύσιμα Είναι κυρίως προωθητικές πυρίτιδες διπλής βάσεως, με κυρία συστατικά τη νιτρογλυκερίνη και τη νιτροκυτταρίνη. Πρόκειται δηλαδή για πυρίτιδες, σαν κι αυτές που χρησιμοποιούνται για την εκτόξευση βλημάτων πυροβόλων όπλων. Η σύνθεση τους είναι τέτοια ώστε μετά την έναυσή τους, αντί εκρήξεως να γίνεται μια ομαλότερη διάσπαση, από την οποία τα παραγόμενα αέρια, εκτονούμενα αποτελούν τη βάση της προωθητικής ισχύος του πυραύλου. Είναι γνωστά και ως βαλιστίτιδες και βρίσκουν μικρή εφαρμογή για πυραύλους μικρού βεληνεκούς . Η πιο απλή περίπτωση ομογενούς στερεού καυσίμου είναι η κοινή πυρίτιδα (μαύρο μπαρούτι) που αποτελείται από νιτρικό κάλιο (ΚΝΟ3 ή νίτρο, 75% κ.β.), ξυλάνθρακα (C, 15% κ.β.) και θείο (S, 10% κ.β.). Μετά την έναυση, που γίνεται με καψούλια ή με ηλεκτρικό σπινθήρα, λαμβάνει χώρα η παρακάτω αντίδραση (1):

Στα εκρηκτικά με βάση τη νιτρογλυκερίνη ή τη νίτροκυτταρίνη καπνός δεν υπάρχει, γι’ αυτό τα εκρηκτικά αυτά λέγονται άκαπνες πυρίτιδες. Οι ειδικές ωθήσεις των ομογενών στερεών προωθητικών δεν ξεπερνούν τα 210 s. Το κύριο πλεονέκτημα που εμφανίζουν είναι ότι δεν παράγουν ανιχνεύσιμους καπνούς γι’ αυτό και χρησιμοποιούνται κυρίως σε όπλα τακτικών επιχειρήσεων. Ετερογενή καύσιμα. Το στερεό καύσιμο σε μορφή υποστρώματος αποτελείται από ελαστικές ή πλαστικές ύλες και σ’ αυτό, με μορφή λεπτής διασποράς, βρίσκεται το οξειδωτικό μέσο. Ως οξειδωτικά μέσα χρησιμοποιούνται κρυσταλλικές ουσίες, συνήθως άλατα σε πολύ λεπτό διαμερισμό, πλούσιες σε άτομα οξυγόνου, όπως είναι το νιτρικό αμμώνιο (ΝΗ4ΝΟ3), το υπερχλωρικό αμμώνιο (NH4CIO4) και το υπερχλωρικό κάλιο (KCIO4) τα οποία και αποτελούν το 60-90% της μάζας του προωθητικού. Το καύσιμο είναι συνήθως αργίλιο (αλουμίνιο, ΑΙ). Το προωθητικό αποκτά μια συνεκτική δομή με τη χρήση μιας συνδετικής ουσίας πολυμερικής βάσης (polymeric binder), συνήθως πολυουρεθάνιο ή πολυβουταδιένιο, η οποία και αυτή καταναλώνεται ως καύσιμο. Πολλές φορές χρησιμοποιούνται και επιπρόσθετες ουσίες, όπως καταλύτες για την αύξηση της ταχύτητας της αντίδρασης καύσης. Το τελικό προϊόν έχει την υφή ενός ελαστικού σώματος. Τα σύνθετα προωθητικά αυτής της κατηγορίας κατηγοριοποιούνται από τον τύπο της πολυμερικής συνδετικής ουσίας που χρησιμοποιείται στην παραγωγή τους. Οι δύο πιο κοινές ενώσεις είναι το πολυμερές πολυβουταδιενίουακρυλικού οξέος-ακρυλονιτριλίου (polybutadiene acrylic acid acrylonitrile, PBAN) και το υδροξυπολυβουταδιένιο (hydroxy-terminator polybutadiene (HTPB). Όταν χρησιμοποιείται PBAN τα αντίστοιχα προωθητικά που προκύπτουν εμφανίζουν ελαφρώς μεγαλύτερες τιμές ειδικής ώθησης, πυκνότητας και ταχύτητας καύσης σε σχέση με αυτά που χρησιμοποιούν ΗΤΡΒ. Αν και τα προωθητικά με βάση το ΡΒΑΝ εμφανίζουν δυσκολίες στην παραγωγική τους διαδικασία (κυρίως στην ανάμιξη τους με τα υπόλοιπα υλικά και το γεγονός ότι απαιτείται συντήρηση τους σε υψηλές θερμοκρασίες) ενώ η συνδετική ουσία ΗΤΡΒ είναι

Ελληνογαλλική Σχολή Πειραιά «Ο Άγιος Παύλος»

Σελ. 63

Από τη γη στο διάστημα ισχυρότερη και ευκολότερη στους χειρισμούς κατά την παραγωγή της, και οι δύο συνθέτουν προωθητικά με υψηλές μηχανικές αντοχές, άριστη απόδοση και μεγάλους χρόνους καύσης. Τα καύσιμα αυτά έχουν το πλεονέκτημα ότι είναι κάθε στιγμή έτοιμα για πυροδότηση, χάρη στην ασφάλεια που παρουσιάζει η αποθήκευση τους, παρ’ όλο που περιέχουν σε επαφή το καύσιμο και το οξειδωτικό. Αυτό έχει ιδιαίτερη σημασία για πυραύλους πολεμικών εφαρμογών, όπως είναι οι αμερικανικοί πύραυλοι Titan 3, Minuteman, Polaris κλπ. Σε σύγκριση με τα υγρά καύσιμα υστερούν ως προς την απόδοση και την ταχύτητα εκτόξευσης. . Οι κινητήρες αυτής της κατηγορίας εμφανίζουν μια πληθώρα χρήσεων. Μικρές ποσότητες στερεών προωθητικών χρησιμοποιούνται στα τελευταία στάδια εκτόξευσης διαστημικών οχημάτων ή ενισχύουν την προσφερόμενη ώση κατά τους χειρισμούς θέσης σε ανώτερες τροχιές. Μεγαλύτερες ποσότητες στερεών προωθητικών χρησιμοποιούνται για την επίτευξη επιπλέον ώσης κατά τους χειρισμούς θέσεως δορυφόρων σε γεωσύγχρονες ή πλανητικές τροχιές.

Υβριδικά προωθητικά. Οι πυραυλικοί κινητήρες που χρησιμοποιούν υβριδικά προωθητικά χρησιμοποιούν ένα από τα δύο υλικά (συνήθως το καύσιμο) σε στερεή κατάσταση ενώ το δεύτερο (συνήθως το οξειδωτικό) βρίσκεται σε υγρή κατάσταση. Ο θάλαμος καύσης ουσιαστικά αποτελείται από τη διαμόρφωση του στερεού υλικού στο οποίο εγχύεται το υγρό. Το μεγάλο πλεονέκτημα των κινητήρων αυτών είναι η πολύ υψηλή απόδοση, αντίστοιχη αυτών με στερεά προωθητικά, ταυτόχρονα όμως υπάρχει η δυνατότητα η εξέλιξη της αντίδρασης καύσης να ελέγχεται πλήρως μέσω του χειριστή (αύξηση, μείωση, σταμάτημα ή ακόμα και επανεκκίνηση). Εν τούτοις τα προωθητικά και οι κινητήρες αυτού του είδους δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν για πολύ μεγάλες ώσεις, γΓ αυτό και κατασκευάζονται σπάνια. Υβριδικός κινητήρας με οξειδωτικό υγροποιημένο υποξείδιο του αζώτου και πολυμερές ΗΤΡΒ ως το στερεό καύσιμο χρησιμοποιήθηκε για την πρόωση του διαστημικού οχήματος Spaceship One.

Ελληνογαλλική Σχολή Πειραιά «Ο Άγιος Παύλος»

Σελ. 64

Από τη γη στο διάστημα

Στοιχεία για προωθητικά μίγματα επιλεγμένων πυραυλικών συστημάτων που χρησιμοποιήθηκαν σε διαστημικές αποστολές.

Το Παρόν Τα Διαστημικά προγράμματα της NASA Διαστημικό Λεωφορείο Το πρόγραμμα των Διαστημικών Λεωφορείων της NASA, σκόπευε στη δημιουργία διαστημικών οχημάτων που θα εκτοξεύονταν συχνά στο διάστημα και θα ήταν επαναχρησιμοποιούμενα. Ξεκίνησε στις 12 Απριλίου

Ελληνογαλλική Σχολή Πειραιά «Ο Άγιος Παύλος»

Σελ. 65

Από τη γη στο διάστημα 1981 με την εκτόξευση του πρώτου Διαστημικού Λεωφορείου, του Columbia. Τερματίστηκε στις 21 Ιουλίου 2011, με την τελευταία προσγείωση του διαστημικού Λεωφορείου Atlantis, στο Kennedy Space center.

Στην διαρκείας 30 χρόνων ζωής του, το πρόγραμμα αυτό, πραγματοποίησε 135 αποστολές μεταφέροντας πάνω από 300 αστροναύτες στο διάστημα. Είχε όμως τις δύο τραγικές απώλειες του Challenger και του Columbia, που είχαν σαν συνέπεια τον τραγικό θάνατο 14 συνολικά, αστροναυτών.

Commercial resupply services (CRS) Το πρόγραμμα αυτό ξεκίνησε το 2006 με σκοπό την κατασκευή μη επανδρωμένων οχημάτων, που θα μεταφέρουν προμήθειες στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό. Η κατασκευή των οχημάτων θα πραγματοποιηθεί από ιδιωτικές Αμερικανικές εταιρείες. Για τον σκοπό αυτό η NASA δημιούργησε ένα βασικό κατάλογο προδιαγραφών-προκλήσεων. Κάθε πρόκληση αποτελεί και ένα τεχνολογικό επίτευγμα, για την εταιρεία που θα αναλάβει την πραγματοποίησή του. Συνδέεται με μια αυστηρά καθορισμένη τιμή. Η εταιρεία θα πληρωθεί από την NASA, μόνο μετά την επιτυχή ολοκλήρωση του κάθε επιτεύγματος. Στους όρους καθορίζεται πως η εταιρεία θα πρέπει να αναζητήσει και ιδιωτικές χορηγίες.

Τον Δεκέμβρη του 2008 η NASA υπέγραψε συμβόλαιο με δύο εταιρείες:  Την Space-X του Elon Musk, για την κατασκευή του πυραύλου FALCON 9 και του δορυφόρου Dragon.  Την Orbital Sciences, η οποία το 2014 συγχωνεύτηκε με την Alliant Techsystems και μετονομάστηκε σε Orbital ATK. Αυτή ανέλαβε την κατασκευή του πυραύλου Antares και του δορυφόρου Cygnus.

Cygnus

Antares Ελληνογαλλική Σχολή Πειραιά «Ο Άγιος Παύλος»

Σελ. 66

Από τη γη στο διάστημα

Dragon

Falcon 9

Οι δύο αυτοί πύραυλοι βρίσκονται σήμερα σε επιχειρησιακή λειτουρία και έχουν πραγματοποιήσει πλήθος παραδόσεων προμηθειών στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό, αλλά και έχουν θέσει σε τροχιά διαφόρων ειδών δορυφόρους. Αξίζει να αναφερθεί το όραμα του Elon Musk, για την δημιουργία του επαναχρησιμοποιούμενου πυραύλου, ο οποίος αφού θα παραδίδει το φορτίο του, θα επιστρέφει στη Γη, σε ένα πλωτό μέσον. Οι μέχρι σήμερα προσπάθειες για την επιστροφή του Falcon 9 έχουν αποτύχει, αλλά όλα δείχνουν πως δεν θα αργήσει η ώρα για την επίτευξη αυτού του στόχου. Αυτή η επίτευξη, θα ανοίξει τον δρόμο για την πραγματοποίηση τουριστικών ταξιδιών στο διάστημα, καθώς θα καταστήσει το διαστημικό ταξίδι πολύ φθηνότερο σε σχέση με το σημερινό του κόστος. Εδώ θα πρέπει να αναφέρουμε πως υπάρχουν και άλλες ιδιωτικές εταιρείες που κυνηγούν τον ίδιο στόχο, την κατασκευή δηλαδή, του επαναχρησιμοποιούμενου πυραύλου. Ιδιαίτερη αναφορά αξίζει στην εταιρεία Blue Origin, του ιδρυτή της γνωστής διαδικτυακής εταιρείας Amazon, Jeff Bezos. Αυτή έχει υπογράψει συμβόλαιο συνεργασίας με την επενδυτική εταιρεία ULA (United Launch Alliance), για την κατασκευή του πυραύλου New Shepard, για τον οποίο έχει πραγματοποιήσει επιτυχημένη δοκιμή, με επιστροφή του στη στεριά. Όμως ο πύραυλος δεν ανέβηκε στο ύψος που έχει ανέβει ο Falcon 9.

Ελληνογαλλική Σχολή Πειραιά «Ο Άγιος Παύλος»

Σελ. 67

Από τη γη στο διάστημα H ULA (United Launch Alliance) είναι μια επενδυτική εταιρεία που αποτελείται από τις: Lockheed Martin Space Systems και Boeing Defense, Space & Security. Αυτές έχουν υπογράψει συμβόλαιο με την κυβέρνηση των Η.Π.Α. για την παροχή υπηρεσιών εκτόξευσης για λογαριασμό του υπουργείου Αμύνης και της NASA. Αποτελούν παλαιό συνεργάτη της κυβέρνησης, καθώς έχουν κατασκευάσει τους πυραύλους: Delta II, Delta IV και Atlas V. Ανεξάρτητα από την Blue Origin, σχεδιάζουν την κατασκευή του πυραύλου Vulcan, τα σχέδια του οποίου αποκαλύφθηκαν τον Απρίλη του 2015. Αναμένεται να είναι έτοιμος το 2019.

Commercial Crew Program (CCDev) Αυτό στοχεύει στην κατασκευή οχημάτων που θα μεταφέρουν ανθρώπους. Όπως είδαμε πριν, η SpaceX, ήδη δραστηριοποιείται σε αυτόν τον τομέα και έχει λάβει ήδη χρηματοδότηση απ’ αυτό το πρόγραμμα, ύψους 2,6 δις δολλαρίων, για την κατασκευή του Dragon V2, το οποίο θα εκτοξεύσει με τον πύραυλο Falcon 9 v 1.1. Η δεύτερη εταιρεία που έχει κάνει συμβόλαιο με τη Nasa γι΄αυτό το πρόγραμμα είναι η Boeing, η οποία έχει συμβόλαιο ύψους 4,2 δις για την κατασκευή του CST-100 που θα εκτοξευτεί πάνω στον πύραυλο Atlas V. Τα οχήματα αυτά αναμένεται να μεταφέρουν ανθρώπους στον Διεθνή Διαστημικό σταθμό το 2017. Από δοκιμές του Dragon V2

Ελληνογαλλική Σχολή Πειραιά «Ο Άγιος Παύλος»

Σελ. 68

Από τη γη στο διάστημα Beyond Low Earth Orbit program (BLEO) Είναι το πρόγραμμα που σκοπεύει να μεταφέρει ανθρώπους σε άλλους πλανήτες, όπως στον Άρη. Για τον σκοπό αυτό η ΝΑΣΑ σχεδιάζει το όχημα Orion που θα έχει την δυνατότητα μεταφοράς εως και 6 ατόμων και θα εκτοξευτεί με έναν πύραυλο Saturn V. Orion

Το Μέλλον Ο ποιητής Ρόμπερτ Φρόστ είχε αναρωτηθεί αν το τέλος της Γης θα έρθει από φλόγες ή από πάγους. Με βάση τους νόμους της φυσικής, μπορούμε να κάνουμε λογικές προβλέψεις για τον τρόπο με τον οποίο θα αφανιζόταν ο κόσμος σε περίπτωση φυσικής καταστροφής. Σε δεκάδες δισεκατομμύρια χρόνια από τώρα, θα έχει πεθάνει τόσο ο Ήλιος όσο και ο Γαλαξίας μας. Εφόσον η ανθρωπότητα θα υποχρεωθεί μια μέρα να εγκαταλείψει το ηλιακό σύστημα και να μετακομίσει στα γειτονικά άστρα για να επιβιώσει, είτε να αφανιστεί, το ερώτημα είναι πώς θα φτάσουμε μέχρι εκεί. Από τότε που εξερευνήσαμε για πρώτη φορά τη Σελήνη, στις αρχές της δεκαετίας του 1970, το επανδρωμένο διαστημικό μας πρόγραμμα έχει στείλει αστροναύτες σε τροχιά μόλις 300 μιλίων περίπου από τη Γη, στον Διεθνή Διαστημικό σταθμό. Το κοντινότερο στη Γη αστρικό σύστημα, το Άλφα του Κενταύρου, απέχει από εμάς περισσότερα από 4 έτη φωτός. Οι σημερινοί πύραυλοι χημικής πρόωσης, που αποτελούν την καρδιά του τρέχοντος διαστημικού προγράμματος, μετά βίας προσεγγίζουν την ταχύτητα των 40 μιλίων την ώρα. Με αυτήν την ταχύτητα θα χρειαστούμε 70.000 χρόνια για να επισκεφτούμε το κοντινότερο άστρο. Είναι προφανές ότι θα πρέπει να ανακαλύψουμε κάποια νέα διαστημική τεχνολογία, εάν θέλουμε ποτέ να αγγίξουμε τα άστρα. Είτε θα πρέπει να αυξήσουμε δραματικά την ωστική ισχύ των διαστημοπλοίων μας είτε τη διάρκεια λειτουργίας τους. Ένα μεγάλο χημικό διαστημόπλοιο, για παράδειγμα, μπορεί να διατηρήσει ωστική ισχΰ πολλών εκατομμυρίων λιβρών για λίγα μόνο λεπτά. Αντίθετα, άλλα σχέδια πυραύλων όπως ο κινητήρας ιόντων (που περιγράφεται στις επόμενες παραγράφους) έχει μεν αδύναμη ωστική ισχύ, μπορεί, όμως, να μείνει σε λειτουργία για χρόνια στο απώτερο διάστημα. Στα θέματα διαστημικής τεχνολογίας, η χελώνα κερδίζει το λαγό. Ελληνογαλλική Σχολή Πειραιά «Ο Άγιος Παύλος»

Σελ. 69

Από τη γη στο διάστημα Κινητήρες ιόντων και πλάσματος Οι κινητήρες ιόντων δεν παράγουν την ακαριαία, δραματική έκρηξη υπέρθερμων αερίων των χημικών πυραύλων, που παρέχει ωστική ισχύ στους συμβατικούς πυραύλους. Για την ακρίβεια, η ωστική ισχύς των κινητήρων ιόντων συχνά μετριέται σε ουγκιές. Είναι τόσο ασθενείς, που αν τους τοποθετούσαμε πάνω σε ένα τραπέζι στη Γη, δεν θα είχαν τη δύναμη να κινηθούν. Ό.τι τους λείπει, όμως. σε ωστική ισχύ, το υπερκαλύπτουν με τη διάρ- κειά τους, καθώς μπορούν να λειτουργούν επί χρόνια στο κενό του διαστήματος. Ο τυπικός κινητήρας ιόντων εσωτερικό ενός τηλεοπτικού σύρμα θερμαίνεται από ρεύμα, το οποίο ιονίζει μία δέσμη παράδειγμα ιόντων αερίου ξένου. αποβάλλεται από την άκρη του κινητήρες ιόντων δεν τροφοδοτούνται λοιπόν από έκρηξη θερμών, εύφλεκτων χάρη σε αδύναμες και σταθερές

μοιάζει με το σωλήνα. Ένα ηλεκτρικό ατόμων, για Η δέσμη αυτή πυραύλου. Οι κάποια αερίων, αλλά ροές ιόντων.

Ο κινητήρας ιόντων ΝSΤΑR της ΝΑSΑ δοκιμάστηκε στο διάστημα, τοποθετημένος στο μη επανδρωμένο διαστημικό σκάφος Deep Space I, το οποίο εκτοξεύτηκε με επιτυχία το 1998. Παρέμεινε σε λειτουργία επί 678 ημέρες, νέο ρεκόρ στην κατηγορία του. Η Ευρωπαϊκή Διαστημική Υπηρεσία έχει δοκιμάσει επίσης έναν κινητήρα ιόντων στο διαστημικό σκάφος Smart I . Το ιαπωνικό διαστημικό σκάφος Hayabusa, που πέταξε πάνω από έναν αστεροειδή, διέθετε 4 κινητήρες ιόντων ξένου. Οι επιδόσεις του μπορεί να μην είναι θεαματικές, όμως ο κινητήρας ιόντων θα μπορεί να εξυπηρετεί διαπλανητικές αποστολές μεγάλων αποστάσεων (όχι επείγοντος χαρακτήρα). Για την ακρίβεια, οι κινητήρες ιόντων ίσως αποτελέσουν μια μέρα την κινητήρια δύναμη στις διαπλανητικές μεταφορές. Μια ισχυρότερη εκδοχή του κινητήρα ιόντων είναι οι κινητήρες πλάσματος, όπως ο VASIMR (variable specific impulse magnetoplasma rocket, πύραυλος μαγνητο - πλάσματος μεταβλητής ειδικής πρόωσης), ο οποίος βασίζεται σε ένα συντριβάνι από πλάσμα για να κινηθεί στο διάστημα. Σχεδιασμένος από τον αστροναύτημηχανικό Franklin Chang-Diaz, χρησιμοποιεί ραδιοκύματα και μαγνητικά πεδία για να θερμάνει αέριο υδρογόνου στους 1 εκατομμύριο βαθμούς Κελσίου. Το υπέρθερμο πλάσμα αποβάλλεται στη συνέχεια από την έξοδο του πυραύλου, παράγοντας μεγάλη ωστική ισχύ. Πρωτότυπα του κινητήρα έχουν ήδη κατασκευαστεί, όμως κανένας κινητήρας πλάσματος δεν έχει χρησιμοποιηθεί στο διάστημα. Ορισμένοι μηχανικοί ελπίζουν ότι ο κινητήρας πλάσματος θα μπορεί να στείλει ένα διαστημόπλοιο στον Άρη, μειώνοντας σημαντικά τον χρόνο του ταξιδιού του σε λίγους μήνες. Σε ορισμένα σχέδια, η δημιουργία πλάσματος στο εσωτερικό του κινητήρα γίνεται με ηλιακή ενέργεια. Σε άλλα σχέδια, χρησιμοποιείται η

Ελληνογαλλική Σχολή Πειραιά «Ο Άγιος Παύλος»

Σελ. 70

Από τη γη στο διάστημα πυρηνική σχάση (μέθοδος που εγείρει ζητήματα ασφαλείας, καθώς προϋποθέτει τον εφοδιασμό σκαφών επιρρεπών στα ατυχήματα με μεγάλες ποσότητες πυρηνικών υλικών). Όμως ούτε οι κινητήρες ιόντων ούτε οι κινητήρες πλάσματος/VASIMR έχουν αρκετή δύναμη για να μας στείλουν στα άστρα. Για να το πετύχουμε αυτό, χρειαζόμαστε μια εντελώς νέα γενιά κινητήρων προώθησης. Ένα μεγάλο πρόβλημα στο σχεδιασμό ενός πραγματικού αστρόπλοιου είναι η κολοσσιαία ποσότητα καυσίμων που απαιτούν τα ταξίδια ακόμα και μέχρι το πλησιέστερο σε εμάς άστρο, αλλά και η πολύ μεγάλη διάρκεια του ταξιδιού. Η διπλανή φωτογραφία είναι από την κατασκευή του πρώτυπου VX-200 πυραυλοκινητήρα τύπου VASIMR της εταιρείας Ad Astra.

Ηλιακά ιστία Μια πιθανή λύση σε αυτά τα προβλήματα είναι το ηλιακό ιστίο. Αξιοποιεί την ασθενή, αλλά σταθερή πίεση που ασκεί η ηλιακή ακτινοβολία και η οποία μπορεί να κινήσει ένα τεράστιο ιστίο στο διάστημα. Η ιδέα του ηλιακού ιστίου είναι παλιά. Εμφανίζεται για πρώτη φορά το 1611 στην πραγματεία Somnium του σπουδαίου αστρονόμου Γιοχάνες Κέπλερ.

Παρότι η φυσική που διέπει τη λειτουργία τους είναι σχετικά απλή, η πρόοδος για τη δημιουργία ενός πραγματικού ηλιακού ιστίου, που θα μπορεί να πλέει στο διάστημα, είχε πισωγυρίσματα. Το 2004, ένας Ελληνογαλλική Σχολή Πειραιά «Ο Άγιος Παύλος»

Σελ. 71

Από τη γη στο διάστημα ιαπωνικός πύραυλος ανέπτυξε επιτυχώς δύο μικρά, πρωτότυπα ηλιακά ιστία στο διάστημα. Το 2005, η Πλανητική Εταιρεία, η Cosmos Studios και η Ρωσική Ακαδημία Επιστημών εκτόξευσαν το διαστημικό ιστίο Cosmos 1 από ένα υποβρύχιο στη Θάλασσα του Μπάρεντς, όμως ο πύραυλος Voina, τον οποίο μετέφερε, εμφάνισε βλάβη, και το ιστίο δεν κατάφερε ποτέ να τεθεί σε τροχιά (το 2001, έγινε επίσης μια αποτυχημένη προσπάθεια για ένα υποτροχιακό ιστίο). Όμως, τον Φεβρουάριο του 2006, ένα ηλιακό ιστίο 15 μέτρων μπήκε επιτυχώς σε τροχιά από τον ιαπωνικό πύραυλο Μ-V. Ωστόσο, το ιστίο δεν κατάφερε να ανοίξει εντελώς. Παρότι η πρόοδος της τεχνολογίας ηλιακών ιστίων κινείται με οδυνηρά βραδείς ρυθμούς, οι υποστηρικτές της μεθόδου έχουν σκεφτεί μια εναλλακτική για να στείλουν τα ηλιακά ιστία στα άστρα: την κατασκευή μιας τεράστιας συστοιχίας λέιζερ στη σελήνη, η οποία θα μπορεί να εκτοξεύει υψηλής ενέργειας δέσμες λέιζερ σε ένα ηλιακό ιστίο, επιτρέποντάς του να πλεύσει μέχρι το κοντινότερο άστρο. Οι φυσικές απαιτήσεις της κατασκευής ενός τέτοιου διαπλανητικού ηλιακού ιστίου είναι τρομακτικά μεγάλες. Το ιστίο καθαυτό θα πρέπει να έχει μήκος εκατοντάδων μιλίων και να έχει κατασκευαστεί εξ ολοκλήρου στο διάστημα. Θα πρέπει επίσης να κατασκευαστοόν χιλιάδες ισχυρές δέσμες λέιζερ στη Σελήνη. Κάθε μία από αυτές θα πρέπει να λειτουργεί αδιάλειπτα επί πολλά χρόνια ή δεκαετίες (σύμφωνα με έναν υπολογισμό, η συνολική ισχύς των λέιζερ θα πρέπει να είναι 1.000 φορές μεγαλύτερη από το σύνολο της ενεργειακής παραγωγής του πλανήτη μας). Θεωρητικά, ένα ιστίο-μαμούθ θα μπορούσε να πιάσει ακόμα και τη μισή ταχύτητα του φωτός. Με ένα τέτοιο ηλιακό ιστίο, θα χρειάζονταν μόνο 8 χρόνια για να φτάσουμε στα κοντινά μας άστρα. Το πλεονέκτημα της συγκεκριμένης μεθόδου είναι ότι μπορεί να αξιοποιήσει ήδη γνωστές τεχνολογίες. Δεν χρειάζεται να ανακαλυφθεί κάποιος νέος φυσικός νόμος για τη δημιουργία ενός ηλιακού ιστίου. Τα μεγάλα προβλήματα είναι οικονομικής και τεχνικής φύσεως. Οι μηχανικές προκλήσεις που εγείρει η δημιουργία ενός ιστίου μήκους εκατοντάδων μιλίων, που τροφοδοτείται από χιλιάδες ισχυρές δέσμες λέιζερ εγκατεστημένες στη Σελήνη, είναι τεράστιες και προϋποθέτουν τεχνολογία που ίσως θα είναι διαθέσιμη μετά από έναν αιώνα (Ένα άλλο πρόβλημα του διαστρικού ηλιακού ιστίου είναι το ζήτημα της επιστροφής. Πρέπει να δημιουργηθεί και μία δεύτερη συστοιχία δεσμών λέιζερ σε ένα μακρινό φεγγάρι για να μπορέσει το όχημα να επιστρέψει στη Γη. Εναλλακτικά, το διαστημικό όχημα θα μπορούσε να περιστραφεί ταχύτατα γύρω από ένα άστρο, χρησιμοποιώντας το σαν «σφεντόνα», για να αποκτήσει ικανή επιτάχυνση για το ταξίδι της επιστροφής. Στη συνέχεια, λέιζερ εγκατεστημένα στη Γη θα μπορούσαν να επιβραδύνουν το ιστίο, επιτρέποντας την προσεδάφισή του στη Γη). Αεριώθηση μέσω σύντηξης Το σύμπαν είναι γεμάτο υδρογόνο, το οποίο θα μπορούσε να χρησιμοποιεί ένας κινητήρας αεριώθησης για ταξίδια στο μακρινό διάστημα. Στην ουσία, πρόκειται για μια αστείρευτη πηγή καυσίμων. Μετά τη συγκέντρωση του υδρογόνου, ακολουθεί η θέρμανσή του στους 1 εκατομμύριο βαθμούς. Η θερμοκρασία αυτή μπορεί να προκαλέσει τη σύντηξη του υδρογόνου, εκλύοντας ενέργεια θερμοπυρηνικής αντίδρασης. Την ιδέα του κινητήρα αεριώθησης μέσω σύντηξης είχε ο φυσικός Robert W. Bussard, το 1960, η οποία διαδόθηκε στη συνέχεια από τον Καρλ Σαγκάν. Ο Bussard υπολόγισε ότι ένας κινητήρας αεριώθησης βάρους περίπου 1.000 τόνων θα μπορούσε θεωρητικά να διατηρήσει σταθερή ωστική ισχύ 1 G, δηλαδή αντίστοιχη με αυτή που ασκείται όταν βρισκόμαστε στην επιφάνεια της Γης. Εάν ο κινητήρας αεριώθησης μπορούσε να διατηρήσει την επιτάχυνση του 1 G επί ένα χρόνο, θα έπιανε το 77 τοις εκατό της ταχύτητας του φωτός. Η ταχύτητα αυτή αρκεί για να υπάρξουν ρεαλιστικές πιθανότητες στα διαστρικά ταξίδια. Οι τεχνικές απαιτήσεις της αεριώθησης μέσω σύντηξης μπορούν να υπολογιστούν εύκολα. Καταρχάς, γνωρίζουμε τη μέση πυκνότητα που έχει το αέριο υδρογόνου σε ολόκληρο το σύμπαν. Μπορούμε επίσης να Ελληνογαλλική Σχολή Πειραιά «Ο Άγιος Παύλος»

Σελ. 72

Από τη γη στο διάστημα υπολογίσουμε σε γενικές γραμμές τις ποσότητες αερίου υδρογόνου που χρειάζεται ο κινητήρας για να πετύχει ταχύτητες 1 G. Με βάση τώρα αυτό τον υπολογισμό, μπορούμε να καθορίσουμε το μέγεθος που πρέπει να έχει το «σάρωθρο» του αεριωθητή για τη συγκέντρωση του αερίου υδρογόνου. Βάσει λογικών υποθέσεων, προκύπτει ότι το σάρωθρο πρέπει να έχει διάμετρο περίπου 160 χλμ. Παρότι η δημιουργία ενός τόσο μεγάλου σαρώθρου με τόσο μεγάλη διάμετρο είναι αδύνατο να γίνει στη Γη, τα προβλήματα είναι λιγότερα στο διάστημα λόγω της έλλειψης βαρύτητας. Θεωρητικά, ο κινητήρας αεριώθησης μπορεί να λειτουργεί επ’ αόριστον, φέρνοντας τον άνθρωπο σε μακρινά αστρικά συστήματα του Γαλαξία. Επειδή ο χρόνος επιβραδύνεται στο εσωτερικό του πυραύλου, σύμφωνα με τις εξισώσεις του Άινσταϊν, ενδεχομένως θα ήταν εφικτή η κάλυψη αστρονομικών αποστάσεων χωρίς το πλήρωμα να πρέπει να περιέλθει σε κατάσταση αναστολής των ζωτικών του λειτουργιών. Εάν το διαστημόπλοιο διατηρούσε σταθερή επιτάχυνση 1 G, τότε με βάση τα ρολόγια στο εσωτερικό του, θα έφτανε στο αστρικό σμήνος των Πλειάδων, το οποίο βρίσκεται σε απόσταση 400 ετών φωτός από τη Γη, σε 11 χρόνια. Σε 23 χρόνια, θα έφτανε στον γαλαξία της Ανδρομέδας, που απέχει από τη Γη 2 εκατομμύρια έτη φωτός. Θεωρητικά, το όχημα θα μπορούσε να φτάσει στα όρια του ορατού σύμπαντος στη διάρκεια ζωής των μελών του πληρώματος του (παρότι στη Γη θα είχαν περάσει δισεκατομμύρια χρόνια). Ένα μεγάλο ερώτημα αφορά την αντίδραση της σύντηξης. Ο αντιδραστήρας σύντηξης ITER, που σχεδιάζεται να κατασκευαστεί στη Νότια Γαλλία, συνδυάζει δύο σπάνιες μορφές υδρογόνου (το δευτέριο και το τρίτιο) για την παραγωγή ενέργειας. Στο διάστημα, όμως, η πιο άφθονη μορφή υδρογόνου αποτελείται από ένα μόνο πρωτόνιο, το οποίο περιβάλλεται από ένα ηλεκτρόνιο. Ο κινητήρας αεριώθησης μέσω σύντηξης, θα κληθεί συνεπώς να αξιοποιήσει την αντίδραση σύντηξης πρωτονίου-πρωτονίου. Σε αντίθεση, όμως, με τη σύντηξη δευτέριου-τριτίου, που έχει μελετηθεί επί δεκαετίες από τους φυσικούς, η σύντηξη πρωτονίουπρωτονίου είναι λιγότερο κατανοητή, δυσκολότερη στην επίτευξή της, ενώ παράγει και πολύ λιγότερη ενέργεια. Συνεπώς, η τελειοποίηση της μεθόδου αξιοποίησης αυτής της δυσχερούς αντίδρασης πρωτονίουπρωτονίου θα αποτελέσει σημαντική τεχνική πρόκληση για τις επόμενες δεκαετίες (επιπλέον, ορισμένοι μηχανικοί αμφιβάλλουν ότι ο κινητήρας αεριώθησης σύντηξης μπορεί να ξεπεράσει τις δυνάμεις αντίστασης καθώς θα προσεγγίζει την ταχύτητα του φωτός). Μέχρι να βρεθούν λύσεις για τα φυσικά και οικονομικά προβλήματα της σύντηξης πρωτονίου-πρωτονίου, θα είναι δύσκολο να γίνουν ακριβείς υπολογισμοί για το κατά πόσο είναι εφικτός ο κινητήρας αεριώθησης. Η μέθοδος αυτή, όμως, βρίσκεται μεταξύ των φαβορί για οποιαδήποτε μελλοντική αποστολή που θα μας φέρει στα άστρα.

Πυρηνικός ηλεκτρικός πύραυλος Το 1956, η Επιτροπή Ατομικής Ενέργειας των ΗΠΑ (AEC) άρχισε να εξετάζει σοβαρά το θέμα των πυρηνικών διαστημικών πυραύλων στο πλαίσιο του προγράμματος Rover. Βάσει του εν λόγω σχεδιασμοΰ, ένας αντιδραστήρας πυρηνικής σχάσης θα θέρμαινε αέρια όπως το υδρογόνο σε ακραίες θερμοκρασίες. Στη συνέχεια, τα αέρια θα αποβάλλονταν από την έξοδο του πυραύλου, δίνοντάς του ωστική ισχύ.

Λόγω του κινδύνου έκρηξης στην ατμόσφαιρα της Γης με τη συμμετοχή τοξικών πυρηνικών καυσίμων, οι πρώτες δοκιμές πυρηνικών πυραυλοκινητήρων γίνονταν οριζοντίως σε σιδηροδρομικές γραμμές. Εκεί, η λειτουργία του πυραύλου μπορούσε να παρακολουθείται στενά λεπτό προς λεπτό. Ο πρώτος πυρηνικός Ελληνογαλλική Σχολή Πειραιά «Ο Άγιος Παύλος»

Σελ. 73

Από τη γη στο διάστημα πυραυλοκινητήρας που δοκιμάστηκε στο πλαίσιο του προγράμματος Rover, το 1959, ήταν ο Kiwi 1 (η επιλογή του ονόματος ήταν εύστοχη, καθώς προερχόταν από το γνωστό πουλί της Αυστραλίας που δεν μπορεί να πετάξει). Στη δεκαετία του ’60, η NASA ένωσε τις δυνάμεις της με την AEC για τη δημιουργία του Πυρηνικού Κινητήρα για Εφαρμογές Πυραυλικών Οχημάτων (NERVA). Αυτός ήταν ο πρώτος πυρηνικός πύραυλος που δοκιμάστηκε το 1968 κάθετα και όχι οριζόντια.

Τα αποτελέσματα αυτών των ερευνών ήταν ανάμεικτα. Οι πύραυλοι ήταν εξαιρετικά σύνθετες κατασκευές και τα κρούσματα αφλογιστίας τακτικά. Οι έντονες δονήσεις του πυρηνικού κινητήρα πολλές φορές έσπαγαν τις ράβδους των καυσίμων και έκοβαν το σκάφος στα δύο. Η διάβρωση που προκαλούσε η καύση υδρογόνου σε υψηλές θερμοκρασίες ήταν επίσης ένα επίμονο πρόβλημα. Το πρόγραμμα των πυρηνικών πυραύλων τερματίστηκε το 1972 (οι πυρηνικοί πύραυλοι αντιμετώπιζαν και ένα ακόμη πρόβλημα: τον κίνδυνο μιας ανεξέλεγκτης πυρηνικής αντίδρασης, η οποία θα προκαλούσε έκρηξη σαν αυτή μιας μικρής ατομικής βόμβας. Σε αντίθεση με τους σύγχρονους πυρηνικούς σταθμούς παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, που λειτουργούν με χαμηλής περιεκτικότητας πυρηνικά καύσιμα και είναι ανέφικτο να εκραγοΰν όπως η ατομική βόμβα στη Χιροσίμα, οι ατομικοί πύραυλοι, για να πετύχουν τη μεγίστη δυνατή ωστική ισχύ, λειτουργούσαν με εμπλουτισμένο ουράνιο. Συνεπώς, μπορούσαν ανά πάσα στιγμή να εκραγούν έπειτα από μια αλυσιδωτή αντίδραση, προκαλώντας μια μικρή πυρηνική έκρηξη. Λίγο προτού τερματιστεί το πρόγραμμα των πυρηνικών πυραύλων, οι επιστήμονες αποφάσισαν να κάνουν μία τελευταία δοκιμή. Να ανατινάξουν έναν πύραυλο σαν να ήταν μικρή ατομική βόμβα. Μόλις αφαίρεσαν τις ράβδους που κρατούν υπό έλεγχο την πυρηνική αντίδραση, ο αντιδραστήρας πέρασε σε υπερκρίσιμο στάδιο και εξερράγη σε έναν πύρινο καταιγισμό. Το θεαματικό κύκνειο άσμα του προγράμματος είναι μάλιστα καταγεγραμμένο σε βίντεο. Οι Ρώσοι, πάλι, δεν ενθουσιάστηκαν. Θεώρησαν ότι το πυροτέχνημα παραβίαζε τη Συνθήκη Περιορισμού των Πυρηνικών Δοκιμών, η οποία απαγόρευε τις υπέργειες δοκιμές της ατομικής βόμβας). Έκτοτε, το ενδιαφέρον των ενόπλων δυνάμεων των ΗΠΑ για τους πυρηνικούς πυραύλους έχει περάσει από διακυμάνσεις. Στη δεκαετία του ’80, υπήρχε ένα μυστικό πρόγραμμα δοκιμών πυρηνικών πυραύλων με την ονομασία Timberwind, στο πλαίσιο του Πολέμου των Αστρων του αμερικανικού στρατού (το πρόγραμμα τερματίστηκε όταν διέρρευσαν λεπτομέρειες για την ύπαρξή του από την Ομοσπονδία Αμερικανών Επιστημόνων). Η μεγαλύτερη ανησυχία όοον αφορά τον πύραυλο πυρηνικής σχάσης έχει να κάνει με το ζήτημα της ασφάλειας. Αν και έχει περάσει ήδη μισός αιώνας από την έναρξη της διαστημικής εποχής, ακόμα και σήμερα οι χημικοί πύραυλοι εμφανίζουν ποσοστό καταστροφικών βλαβών 1 τοις εκατό (τα δύο δυστυχήματα των διαστημικών λεωφορείων Challenger και Columbia, τα οποία κατέληξαν στον τραγικό θάνατο 14 αστροναυτών, επιβεβαίωσαν αυτό το ποσοστό αποτυχίας). Παρά τους κινδύνους, η NASA άρχισε τα τελευταία χρόνια νέες έρευνες για τους πυρηνικούς πυραύλους, για πρώτη φορά μετά το πρόγραμμα NERVA της δεκαετίας του ’60. Το 2003, ξεκίνησε το σχέδιο Προμηθέας, από το όνομα του Έλληνα θεού που έδωσε τη φωτιά στους ανθρώπους. Το 2005, ο Προμηθέας εξασφάλισε χρηματοδότηση ύψους 430 εκατομμυρίων δολαρίων Τα κονδύλια του προγράμματος περικόπηκαν όμως δραστικά στα 100 εκατομμύρια δολάρια το 2006 και το μέλλον του σήμερα είναι αβέβαιο. Ελληνογαλλική Σχολή Πειραιά «Ο Άγιος Παύλος»

Σελ. 74

Από τη γη στο διάστημα Μάθετε στο παρακάτω βίντεο για το πρόγραμμα NERVA και τις αρχές λειτουργίας των πυρηνικών πυραύλων: https://www.youtube.com/watch?v=vs3zNwXhzSA

Πύραυλοι πυρηνικής ώσης Μια άλλη εναλλακτική, που απέχει, όμως, πολύ από την εφαρμογή της είναι η χρήση μιας ομάδας από μικρές πυρηνικές βόμβες για την κίνηση του διαστημοπλοίου. Το Σχέδιο Ωρίων προέβλεπε τη διαδοχική έκρηξη τέτοιων μίνι ατομικών βομβών στην έξοδο του πυραύλου, ώστε το διαστημόπλοιο να «επιβιβαστεί» στα κρουστικά κύματα που θα δημιουργούσαν αυτές οι μίνι βόμβες υδρογόνου. Στα χαρτιά, με τη μέθοδο αυτή, ένα διαστημόπλοιο θα μπορούσε να κινηθεί με ταχύτητες που θα πλησίαζαν την ταχύτητα του φωτός. Ο άνθρωπος που συνέλαβε την ιδέα αυτή το 1947, ήταν ο Stanislaw Ulam, ο οποίος είχε συμμετάσχει και στον σχεδιασμό της πρώτης βόμβας υδρογόνου, την οποία ανέπτυξαν περισσότερο ο Ted Taylor (από τους επικεφαλής σχεδιαστές στρατιωτικών πυρηνικών κεφαλών για τις ένοπλες δυνάμεις των ΗΠΑ) και ο φυσικός Φρίμαν Ντάισον (Freeman Dyson), του Ινστιτούτου Ανώτερων Μελετών του Πρίνστον. Στα τέλη της δεκαετίας του ’50 και του ’60, έγιναν περίπλοκοι και λεπτομερείς υπολογισμοί γι’ αυτό τον διαστρικό πύραυλο. Υπολογίστηκε ότι με τη μέθοδο αυτή ένα διαστημικό σκάφος θα μπορούσε να ταξιδέψει μετ’ επιστροφής στον Πλούτωνα σε ένα έτος, επιτυγχάνοντας ανώτατη ταχύτητα πλεύσης ίση με το 10 τοις εκατό της ταχύτητας του φωτός. Ακόμα, όμως, και με αυτές τις ταχύτητες, θα χρειαζόμασταν περίπου 44 χρόνια για να φτάσουμε στο πλησιέστερο άστρο. Οι επιστήμονες υποθέτουν ότι μια διαστημική κιβωτός, τροφοδοτούμενη από έναν τέτοιο πύραυλο, θα έπρεπε να ταξιδεύει επί αιώνες. Το πλήρωμα της «κιβωτού» θα έκανε απογόνους που θα γεννιούνταν και θα περνούσαν ολόκληρη τη ζωή τους στο διάστημα, για να μπορέσουν οι δικοί τους πλέον απόγονοι να φτάσουν στα κοντινότερα άστρα. Το 1959, η General Atomics δημοσίευσε έκθεση στην οποία γινόταν ένας υπολογισμός του μεγέθους που θα έπρεπε να έχει ένα διαστημόπλοιο Ωρίων. Η μεγαλύτερη έκδοση, που ονομάστηκε Σούπερ Ωρίων, θα είχε βάρος 8 εκατομμύρια τόνους, διάμετρο 400 μέτρα και η ενεργειακή του τροφοδοσία θα χρειαζόταν περισσότερες από χίλιες βόμβες υδρογόνου. Ένα μεγάλο πρόβλημα της συγκεκριμένης μεθόδου είναι η πιθανότητα πυρηνικού ατυχήματος κατά την εκτόξευση. Ο Ντάισον υπολόγισε ότι η ραδιενεργός επίπτωση κάθε εκτόξευσης θα μπορούσε να προκαλέσει μοιραίες μορφές καρκίνου σε 10 ανθρώπους. Επιπλέον, ο ηλεκτρομαγνητικός παλμός (ΕΜΡ) μιας τέτοιας εκτόξευσης θα ήταν τόσο ισχυρός, που θα μπορούσε να προκαλέσει μαζικά βραχυκυκλώματα στα ηλεκτρικά συστήματα της περιοχής. Η υπογραφή της Συνθήκης Περιορισμού των Πυρηνικών Δοκιμών το 1963 ήταν η ταφόπλακα του σχεδίου. Τελικά, και ο άνθρωπος που ήταν η ψυχή του σχεδίου, ο σχεδιαστής πυρηνικών βομβών Ted Taylor, τα παράτησε (ο ίδιος είχε εξομολογηθεί κάποτε ότι απογοητεύτηκε όταν συνειδητοποίησε ότι η φυσική που απαιτείται γι’ αυτές τις μίνι πυρηνικές βόμβες θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί από τρομοκράτες για την κατασκευή φορητών πυρηνικών βομβών. Παρότι το σχέδιο ακυρώθηκε ως υπερβολικά ριψοκίνδυνο, η NASA κράτησε το όνομα και το έδωσε στο διαστημόπλοιο Ωρίων, που θα αντικαταστήσει το Διαστημικό Λεωφορείο το 2010). Την περίοδο 1973-1978, συντελέστηκε μια βραχύβια νεκρανάσταση της ιδέας του πυρηνικά τροφοδοτούμενου πυραύλου στο πρόγραμμα Δαίδαλος της Βρετανικής Διαπλανητικής Εταιρείας. Το πρόγραμμα ήταν μια μελέτη που είχε στόχο να ανακαλύψει αν ήταν εφικτή η κατασκευή ενός μη Ελληνογαλλική Σχολή Πειραιά «Ο Άγιος Παύλος»

Σελ. 75

Από τη γη στο διάστημα επανδρωμένου διαστημόπλοιου, το οποίο θα μπορούσε να φτάσει στο άστρο του Μπάρναρντ, που βρίσκεται σε απόσταση 5,9 ετών φωτός από τη Γη. (Το συγκεκριμένο άστρο επελέγη, λόγω της πιθανότητας να διαθέτει κάποιον πλανήτη. Οι αστρονόμοι Gill Tarter και Margaret Turnbull έχουν συνιάξει έναν κατάλογο από 17.129 κοντινά άστρα, τα οποία θα μπορούσαν θεωρητικά να έχουν πλανήτες ικανούς να φιλοξενήσουν ζωή. Η πιο ελπιδοφόρα υποψηφιότητα είναι το Epsilon Indi A, που βρίσκεται σε απόσταση 11,8 ετών φωτός από τη Γη). Το διαστημόπλοιο που απαιτείτο για το σχέδιο Δαίδαλος είχε τόσο κολοσσιαίες διαστάσεις, που θα έπρεπε να κατασκευαστεί στο διάστημα. Θα είχε βάρος 54.000 τόνους, το μεγαλύτερο μέρος του οποίου θα οφειλόταν στο βάρος των καυσίμων, και θα μπορούσε να πιάσει το 7,1 τοις εκατό της ταχύτητας του φωτός με ωφέλιμο φορτίο 450 τόνων. Σε αντίθεση με το σχέδιο Ωρίων, που χρησιμοποιούσε μικροσκοπίες βόμβες πυρηνικής σχάσης, το Σχέδιο Δαίδαλος θα χρησιμοποιούσε μίνι βόμβες υδρογόνου βασισμένες σε ένα μείγμα δευτέριου/ηλίου-3 που θα πυροδοτούσαν δέσμες ηλεκτρονίων. Εξαιτίας των ανυπέρβλητων τεχνικών προβλημάτων που αντιμετώπιζε, καθώς και των ανησυχιών ασφαλείας για το σύστημα πυρηνικής προώθησης, το Σχέδιο Δαίδαλος έχει μπει κι αυτό στο συρτάρι.

Ειδική ώση και απόδοση κινητήρων Οι μηχανικοί χρησιμοποιούν ενίοτε τον όρο «ειδική ώση» (specific impulse) ως μέτρο σύγκρισης της απόδοσης διαφόρων τύπων πυραυλικών κινητήρων. Ως ειδική ώση ορίζεται η μεταβολή της ορμής ανά μονάδα μάζας του προωθητικού καυσίμου. (Δες την ενότητα: Αρχή λειτουργίας) . Αυτό σημαίνει ότι όσο πιο αποδοτικός είναι ένας κινητήρας τόσο λιγότερα καύσιμα χρειάζονται για την εκτόξευση ενός πυραύλου στο διάστημα. Η ορμή, τώρα, είναι το προϊόν της δράσης της δύναμης σε ορισμένο χρονικό διάστημα. Οι χημικοί πύραυλοι, παρότι έχουν πολύ μεγάλη ωστική ισχύ, παραμένουν σε λειτουργία για λίγα μόνο λεπτά και έχουν ως εκ τούτου πολύ χαμηλή ειδική ώση. Οι κινητήρες ιόντων, επειδή μπορούν να λειτουργούν επί πολλά χρόνια, έχουν μεγάλη ειδική ώση, παρά τη χαμηλή ωστική ισχύ τους. Η ειδική ώση μετριέται σε δευτερόλεπτα. Ένας τυπικός χημικός πύραυλος έχει ειδική ώση 400-500 δευτερολέπτων. Η ειδική ώση του κινητήρα του Διαστημικού Διαστημοπλοίου είναι 453 δευτερόλεπτα (η μεγαλύτερη ειδική ώση που έχει επιτευχθεί ποτέ από χημικό πύραυλο ήταν τα 542 δευτερόλεπτα, όταν είχε χρησιμοποιηθεί ως καύσιμο προώθησης ένα μείγμα υδρογόνου, λιθίου και φθορίου). Ο προωθητικός κινητήρας ιόντων του Smart 1 είχε ειδική ώση 1.640 δευτερολέπτων. Ο πυρηνικός πύραυλος πετύχαινε ειδική ώση 850 δευτερολέπτων. Η μέγιστη δυνατή ειδική ώση ενός πυραύλου είναι η ταχύτητα του φωτός. Η ειδική ώση αυτού του πυραύλου θα ήταν περίπου 30 εκατομμύρια δευτερόλεπτα. Ο πίνακας που ακολουθεί εμφανίζει την ειδική ώση των διαφόρων τύπων κινητήρων πυραύλων.

Ελληνογαλλική Σχολή Πειραιά «Ο Άγιος Παύλος»

Σελ. 76

Από τη γη στο διάστημα Τύπος κινητήρα πυραύλου

Ειδική ώση

Πύραυλος στερεών καυσίμων

250

Πύραυλος υγρών καυσίμων

450

Κινητήρας ιόντων

3.000

Κινητήρας πλάσματος VASIMR

1.000 έως 30.000

Πύραυλος πυρηνικής σχάσης

800 έως 1.000

Πύραυλος πυρηνικής σύντηξης

2.500 έως 200.000

Πύραυλος πυρηνικής ώσης

10.000 έως 1.000.000

Πύραυλος αντιύλης

1.000.000 έως 10.000.000

(Θεωρητικά, τα ιστία λέιζερ και οι κινητήρες RAM-JET έχουν άπειρη ειδική ώση, διότι δεν διαθέτουν κανένα είδος καυσίμου προώθησης. Παρουσιάζουν, όμως, άλλα προβλήματα).

Διαστημικοί Ανελκυστήρες

Μια πολύ σοβαρή ένσταση όσον αφορά όλους τους τύπους πυραύλων, είναι ότι το μέγεθος και το βάρος τους είναι τόσο κολοσσιαία, που είναι ανέφικτο να κατασκευαστούν στη Γη. Γι’ αυτό το λόγο, ορισμένοι επιστήμονες έχουν προτείνει η κατασκευή τους να γίνεται στο διάστημα, καθώς η έλλειψη βαρύτητας θα επέτρεπε στους αστροναύτες να ανυψώνουν εύκολα αντικείμενα με απίθανο βάρος. Οι επικριτές, όμως, επισημαίνουν ότι το κόστος συναρμολόγησης στο διάστημα είναι σήμερα απαγορευτικό. Ο Διεθνής Διαστημικός Σταθμός, για παράδειγμα, θα χρειαζόταν πάνω από 100 εκτοξεύσεις διαστημικών αποστολών για να γίνει μία πλήρης συναρμολόγηση· και το κόστος θα είχε αναρριχηθεί στα 100 δισεκατομμύρια δολάρια. Πρόκειται για το πιο πολυδάπανο επιστημονικό σχέδιο στην Ιστορία. Η κατασκευή ενός διαστρικού διαστημικού ιστίου ή ενός σαρωτή ramjet θα απαιτούσε αστρονομικά κεφάλαια. Όπως έλεγε, όμως, ο συγγραφέας επιστημονικής φαντασίας Robert Heinlein, αρκεί να φτάσεις 160 χιλιόμετρα πάνω από τη Γη για να βρεθείς στη μέση της απόστασης προς οποιοδήποτε σημείο του ηλιακού συστήματος. Κι αυτό, γιατί τα πρώτα 160 χιλιόμετρα κάθε εκτόξευσης, όταν ο πύραυλος πασχίζει να δραπετεύσει από τη βαρύτητα της Γης, αποτελούν μακράν το πιο πολυδάπανο κομμάτι του ταξιδιού. Μετά το σημείο αυτό, το διαστημόπλοιο μπορεί να κινηθεί σχεδόν χωρίς βοήθεια και να φτάσει στον Πλούτωνα, ή και ακόμη πιο μακριά. Ελληνογαλλική Σχολή Πειραιά «Ο Άγιος Παύλος»

Σελ. 77

Από τη γη στο διάστημα Ένας πιθανός τρόπος για να μειωθεί δραστικά το κόστος στο μέλλον είναι η κατασκευή ενός διαστημικού ανελκυστήρα. Η ιδέα ενός σχοινιού που το σκαρφαλώνουμε για να φτάσουμε στον ουρανό είναι πολύ παλιά και τη συναντάμε, για παράδειγμα, στο παραμύθι Ο Τζακ και η Φασολιά. Εάν το σχοινί μπορούσε να φτάσει μέχρι το διάστημα, το όνειρο αυτό θα γινόταν πραγματικότητα, καθώς η κεντρομόλος δύναμη της περιστροφής της Γης θα εξουδετέρωνε τη δύναμη της βαρύτητας και το σχοινί δεν θα έπεφτε ποτέ. Θα ανέβαινε μαγικά πάνω από τον ορίζοντα και θα χανόταν στα σύννεφα (Φανταστείτε μια μπάλα που περιστρέφεται σε μία χορδή. Η μπάλα αψηφά τη βαρύτητα, διότι η κεντρομόλος δύναμη την απομακρύνει από το κέντρο της περιστροφής. Με την ίδια λογική, ένα μακρύ σχοινί θα έμενε όρθιο λόγω της περιστροφής της Γης). Δεν θα χρειαζόμασταν τίποτε άλλο για να διατηρείται όρθιο το σχοινί πέρα από την περιστροφή της Γης. Θεωρητικά, θα μπορούσε κανείς να σκαρφαλώσει στο σχοινί και να αναρριχηθεί στο διάστημα. Στα μαθήματα φυσικής του πανεπιστημίου City της Νέας Υόρκης, ζητήθηκε από τους προπτυχιακούς φοιτητές να λύσουν το εξής πρόβλημα: να υπολογίσουν την τάση αυτού του σχοινιού. Μέσω ενός εύκολου υπολογισμού, προκύπτει ότι η τάση θα ήταν ικανή να κόψει στα δύο ακόμα κι ένα ατσάλινο καλώδιο. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η κατασκευή ενός διαστημικού ανελκυστήρα θεωρείται παραδοσιακά ανέφικτη. Ο πρώτος επιστήμονας που μελέτησε σοβαρά το θέμα του διαστημικού ανελκυστήρα ήταν ο οραματιστής Ρώσος επιστήμονας Κονσταντίν Τσιοκόλφσκυ (Konstantin Tsiolkovsky). To 1895, εμπνεόμενος από τον πύργο του Άιφελ, οραματίστηκε έναν πύργο, ο οποίος θα έφτανε μέχρι το διάστημα, συνδέοντας τη Γη με ένα «επουράνιο κάστρο». Ο πύργος θα κατασκευαζόταν από τη βάση προς τα πάνω, με αφετηρία τη Γη, και οι μηχανικοί θα επέκτειναν σταδιακά αυτό τον διαστημικό ανελκυστήρα στους ουρανούς. Το 1957, ο Ρώσος επιστήμονας Yuri Artsutanov πρότεινε κάτι άλλο: ο διαστημικός ανελκυστήρας να κατασκευαστεί αντίστροφα, από την κορυφή προς τα κάτω, ξεκινώντας από το διάστημα. Οραματίστηκε την αποστολή ενός δορυφόρου σε απόσταση 36.000 μιλίων από τη Γη, ο οποίος θα βρισκόταν σε γεωστατική τροχιά, άρα θα ήταν σαν να παραμένει ακίνητος. Από τον δορυφόρο αυτό, θα μπορούσαμε να ρίξουμε ένα καλώδιο κάτω στη Γη και να το δέσουμε στο έδαφος. Όμως, το όριο αντοχής του διαστημικού ανελκυστήρα θα πρέπει να αντέχει σε πιέσεις της τάξεως των 60-100 γιγαπασκάλ (gpa). Δεδομένου, ότι ο χάλυβας σπάει στα 2 περίπου gpa, η όλη ιδέα ήταν ανέφικτη. Η ιδέα του διαστημικού ανελκυστήρα έγινε ευρύτερα γνωστη με την έκδοση του μυθιστορήματος του Άρθουρ Τ. Κλαρκ Οι πηγές τον Παραδείσου, το 1979, και του μυθιστορήματος Friday του Robert Hainlein, το 1982. Στη συνέχεια ξεχάστηκε όμως, αφού δεν είχε σημειωθεί καμία σχετική πρόοδος. Το σκηνικό ανατράπηκε όταν οι χημικοί κατάφεραν να κατασκευάσουν νανοσωλήνες άνθρακα. Το ενδιαφέρον ζωντάνεψε ξαφνικά χάρη στο έργο του Sumió Iijima, της εταιρείας Nippon Electric το 1991 (βέβαια τα πρώτα στοιχεία για τους νανοσωλήνες άνθρακα εμφανίζονται στη δεκαετία του ’50, τότε, όμως, δεν τους είχε δοθεί ιδιαίτερη σημασία). Το σημαντικό είναι ότι οι νανοσωλήνες είναι πολύ πιο ανθεκτικοί από τα καλώδια χάλυβα, αλλά και πολύ ελαφρύτεροι. Μάλιστα, η ανθεκτικότητά τους είναι τέτοια, που υπερβαίνει την ελάχιστη αντοχή που πρέπει να έχει ένας διαστημικός ανελκυστήρας. Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι μία ίνα ενός νανοσωλήνα άνθρακα μπορεί να αντέξει 120 gpa πίεσης, δηλαδή πολύ περισσότερα από το σημείο θραύσης του ανελκυστήρα. Η ανακάλυψη αυτή αναζωπύρωσε τις προσπάθειες για τη δημιουργία του διαστημικού ανελκυστήρα.

Ελληνογαλλική Σχολή Πειραιά «Ο Άγιος Παύλος»

Σελ. 78

Από τη γη στο διάστημα

Το 1999, μια μελέτη της NASA ασχολήθηκε σοβαρά με το θέμα του διαστημικού ανελκυστήρα, οραματιζόμενη έναν ιμάντα με πλάτος 1 μέτρο και μήκος περίπου 47.000 χιλιόμετρα, ικανό να μεταφέρει περίπου 15 τόνους ωφέλιμου φορτίο σε τροχιά γύρω από τη Γη. Ένας τέτοιου τύπου διαστημικός ανελκυστήρας θα μπορούσε να αλλάξει τα οικονομικά δεδομένα των διαστημικών ταξιδιών μέσα σε μια νύχτα. Το κόστος θα μειωνόταν κατά 10.000 φορές, φέρνοντας επανάσταση. Σήμερα, το κόστος αποστολής μίας λίβρας βάρους σε τροχιά γύρω από τη Γη ξεπερνά τα 10.000 δολάρια (το κόστος αυτό αντιστοιχεί αναλογικά στην αξία του χρυσού). Για παράδειγμα, το κόστος μιας διαστημικής αποστολής μπορεί να φτάσει τα 700 εκατομμύρια δολάρια. Ένας διαστημικός ανελκυστήρας θα μπορούσε να μειώσει το κόστος ακόμα και στο 1 δολάριο ανά λίβρα. Μια τόσο δραστική μείωση στο κόστος των διαστημικών προγραμμάτων θα έφερνε επανάσταση στον τρόπο με τον οποίο αντιλαμβανόμαστε τα ταξίδια στο διάστημα. Με το πάτημα τον κουμπιού ενός ανελκυστήρα, θα μπορούσαμε θεωρητικά να κάνουμε βόλτα στο διάστημα στην τιμή ενός κοινού αεροπορικού εισιτηρίου. Τα πρακτικά εμπόδια της κατασκευής ενός διαστημικού ανελκυστήρα που θα μας ανύψωνε στους ουρανούς, όμως, είναι τεράστια. Σήμερα, οι ίνες νανοσωλήνα άνθρακα που κατασκευάζονται στο εργαστήριο έχουν μήκος μόλις 15 χιλιοστά. Για να κατασκευαστεί ένας διαστημικός ανελκυστήρας, θα πρέπει να φτιάξουμε σχοινιά από νανοσωλήνες άνθρακα με μήκος χιλιάδες μίλια. Παρότι από επιστημονική άποψη αυτό είναι απλώς τεχνικό πρόβλημα, στην ουσία αποτελεί μια επίμονη και δύσκολη πρόκληση, η οποία πρέπει να αντιμετωπιστεί εάν θέλουμε κάποτε να κατασκευάσουμε έναν διαστημικό ανελκυστήρα. Παρ’ όλα αυτά, πολλοί επιστήμονες πιστεύουν ότι θα διαθέτουμε την τεχνολογία για τη δημιουργίας μεγάλου μήκους καλωδίων από νανοσωλήνες άνθρακα μέσα στις επόμενες δεκαετίες. Ένα δεύτερο πρόβλημα είναι ότι και οι πιο αμελητέες ατέλειες στους νανοσωλήνες άνθρακα θα μπορούσαν να προκαλέσουν σοβαρά προβλήματα σε ένα τόσο μακρύ καλώδιο. Ο Nicola Pugno, του Πολυτεχνείου του Τορίνο στην Ιταλία, υπολογίζει ότι και ένα άτομο να μην είναι ευθυγραμμισμένο σωστά στον νανοσωλήνα άνθρακα, η δύναμή του νανοσωλήνα θα μειωνόταν ακόμη και κατά 30 τσις εκατό. Οι ατέλειες στην ατομική κλίμακα μπορούν γενικότερα να μειώσουν την ανθεκτικότητα του καλωδίου έως και 70 τοις εκατό, ρίχνοντας Ελληνογαλλική Σχολή Πειραιά «Ο Άγιος Παύλος»

Σελ. 79

Από τη γη στο διάστημα την αντοχή του χαμηλότερα από το κατώτατο όριο πίεσης που είναι απαραίτητο για να μπορεί να υποστηρίξει έναν διαστημικό ανελκυστήρα. Για να κεντρίσει το επιχειρηματικό ενδιαφέρον όσον αφορά τον διαστημικό ανελκυστήρα, η NASA χρηματοδοτεί δύο ξεχωριστά έπαθλα (Τα έπαθλα καθιερώθηκαν με πρότυπο το Ansari X-prize των 10 εκατομμυρίων δολαρίων, που προσέλκυσε το ενδιαφέρον πολυμήχανων επιχειρηματιών και εφευρετών στη δημιουργία πυραύλων ικανών να μεταφέρουν επιβάτες στο διάστημα. To X-prize απονεμήθηκε στην ομάδα του Spaceship One, το 2004). Τα βραβεία που προσφέρει η NASA ονομάζονται Beam Power Challenge και Tether Challenge. Στην περίπτωση του Beam Power Challenge, οι διαγωνιζόμενες ομάδες καλούνται να στείλουν στο διάστημα μια μηχανική συσκευή, με βάρος τουλάχιστον 25 κιλά, σε έναν ιμάντα (που κρέμεται από ένα γερανό) με ταχύτητα 1 μέτρου το δευτερόλεπτο και για απόσταση 50 μέτρων. Μπορεί να ακούγεται απλό και εύκολο, όμως η παγίδα είναι ότι οι κανόνες απαγορεύουν τη χρήση καυσίμων, μπαταριών και ηλεκτρικών καλωδίων. Η ρομποτική συσκευή μπορεί να τροφοδοτείται μόνο από ηλιακές συστοιχίες, ηλιακούς ανα- κλαστήρες, λέιζερ ή πηγές εκπομπής ενέργειας μικροκυμάτων, που είναι πιο κατάλληλες για χρήση στο διάστημα. Στην περίπτωση του Tether Challenge, οι ομάδες καλούνται να κατασκευάσουν έναν ιμάντα με μήκος 2 μέτρα και μέγιστο βάρος 2 γραμμάρια, ικανό να μεταφέρει 50 τοις εκατό περισσότερο βάρος σε σχέση με τον ισχυρότερο ιμάντα της αμέσως προηγούμενης χρονιάς. Το έπαθλο λειτουργεί ως κίνητρο για την εκπόνηση ερευνών στην ανάπτυξη ελαφρών υλικών με ισχύ αρκετή ώστε να μπορούν να αναρτηθούν σε απόσταση 100.000 χιλιομέτρων στο διάστημα. Υπάρχουν τρία έπαθλα: των 150.000 δολαρίων, των 40.000 δολαρίων και των 10.000 δολαρίων (το πόσο δύσκολος είναι ο συγκεκριμένος διαγωνισμός αποδείχτηκε την πρώτη χρονιά που καθιερώθηκε, το 2005, αφού δεν βρέθηκε κανένας νικητής).

Από το BeamPower της NASA το 2005

Ελληνογαλλική Σχολή Πειραιά «Ο Άγιος Παύλος»

Σελ. 80

Από τη γη στο διάστημα Παρότι η επιτυχής κατασκευή ενός διαστημικού ανελκυστήρα θα μπορούσε να φέρει επανάσταση στο διαστημικό πρόγραμμα, oι συσκευές αυτού του είδους έχουν τους δικούς τους κινδύνους. Για παράδειγμα, η τροχιά των δορυφόρων που κινούνται κοντά στη Γη μεταβάλλεται συνεχώς καθώς περιστρέφονται γύρω από τον πλανήτη μας (αυτό συμβαίνει, διότι και η Γη περιστρέφεται από κάτω τους). Συνεπώς, οι δορυφόροι κάποια στιγμή θα έρθουν σε σύγκρουση με τον διαστημικό ανελκυστήρα, με ταχύτητα 18.000 μιλιών την ώρα, ικανή να προκαλέσει ρήγμα στον ιμάντα. Για να αποτραπεί αυτή η καταστροφή στο μέλλον, θα πρέπει είτε οι δορυφόροι να εξοπλίζονται με μικρούς πυραύλους πλοήγησης, ώστε να αποφεύγουν τον διαστημικό ανελκυστήρα, είτε ή ο ιμάντας του ανελκυστήρα να διαθέτει μικρούς πυραύλους για να αποφεύγει τους διερχόμενους δορυφόρους. Ένα άλλο πρόβλημα είναι οι συγκρούσεις με μικρούς μετεωρίτες, επειδή ο διαστημικός ανελκυστήρας θα βρίσκεται πολύ πάνω από την ατμόσφαιρα της Γης, η οποία μας προστατεύει από τους περισσότερους μετεωρίτες. Επειδή σι συγκρούσεις με μικρούς μετεωρίτες είναι απρόβλεπτες, ο διαστημικός ανελκυστήρας θα πρέπει να διαθέτει ασπίδες προστασίας ή ακόμα και εφεδρικά συστήματα ασφαλείας σε περίπτωση βλάβης. Προβλήματα θα μπορούσαν να προκύψουν επίσης από τις επιπτώσεις των έντονων καιρικών φαινομένων στη Γη όπως οι τυφώνες, τα παλιρροιακά κύματα και οι καταιγίδες.

Το φαινόμενο της βαρυτικής σφεντόνας Ένας άλλος πρωτοποριακός τρόπος για να αποκτήσει ένα αντικείμενο την ταχύτητα του φωτός είναι η αξιοποίηση του φαινομένου της βαρυτικής «σφεντόνας». Σε ορισμένες περιπτώσεις, η NASA υποχρεώνει τα μη επανδρωμένα ερευνητικά σκάφη που στέλνει στο διάστημα να εκτοξευτούν γύρω από έναν γειτονικό πλανήτη, χρησιμοποιώντας το φαινόμενο της σφεντόνας για να αυξήσει την ταχύτητά τους. Με τον τρόπο αυτό, η NASA εξοικονομεί πολύτιμα καύσιμα για τους πυραύλους της. Έτσι έφτασε το Voyager στον Ποσειδώνα, ο οποίος βρίσκεται κοντά στα όρια του ηλιακού μας συστήματος.

Ο φυσικός του Πρίνστον Φρίμαν Ντάισον υποθέτει ότι στο μακρινό μέλλον ίσως ανακαλύψουμε δύο άστρα νετρονίου, τα οποία θα περιστρέφονται το ένα γύρω από το άλλο με πολύ μεγάλη ταχύτητα. Εάν φτάσουμε σε απόσταση αναπνοής από ένα από αυτά τα άστρα νετρονίου, θα μπορούσαμε να εκτοξευτούμε από εκεί και στη συνέχεια να εκτιναχθούμε στο διάστημα με ταχύτητες που θα πλησιάζουν το ένα τρίτο της ταχύτητας του φωτός. Ουσιαστικά, θα αξιοποιούσαμε τη βαρύτητα για μια συμπληρωματική ώθηση, αγγίζοντας σχεδόν την ταχύτητα του φωτός. Θεωρητικά, κάτι τέτοιο είναι εφικτό.

Ελληνογαλλική Σχολή Πειραιά «Ο Άγιος Παύλος»

Σελ. 81

Από τη γη στο διάστημα Άλλοι επιστήμονες έχουν προτείνει την εφαρμογή του φαινομένου της σφεντόνας στον δικό μας Ήλιο, ως μέσου για να πετύχουμε ταχύτητες που θα προσεγγίζουν αυτή του φωτός. Μάλιστα, η μέθοδος αυτή εμφανίζεται στο Σταρ Τρεκ 4: Επιστροφή στη Γη, όταν το πλήρωμα του Εντερπράιζ καταλαμβάνει ένα σκάφος των Κλίνγκον και στη συνέχεια επιταχύνει κινούμενο κοντά στον Ήλιο, για να σπάσει το φράγμα της ταχύτητας του φωτός και να γυρίσει πίσω στο παρελθόν. Στην ταινία When Worlds Collide, (ταινία του 1951), η Γη απειλείται από μια σύγκρουση με κάποιον αστεροειδή. Οι επιστήμονες δραπετεύουν από τον πλανήτη μας, δημιουργώντας ένα γιγαντιαίο τρενάκι λούνα παρκ. Ένα διαστημόπλοιο κατεβαίνει το τρενάκι, αποκτά πολύ μεγάλη ταχύτητα και στη συνέχεια γυρνά γύρω από τη βάση του τρένου και εκσφενδονίζεται στο διάστημα.

Στην πραγματικότητα, όμως, καμία από αυτές τις μεθόδους αξιοποίησης της βαρύτητας ως μέσου εκτόξευσης στο διάστημα δεν μπορεί να λειτουργήσει (βάσει της αρχής διατήρησης της ενέργειας, όταν κατεβαίνουμε με το τρενάκι, στην άνοδό μας έχουμε την ίδια ταχύτητα με αυτή που είχαμε όταν ξεκινήσαμε, χωρίς κανένα απολύτως ενεργειακό κέρδος. Αντίστοιχα, εάν περιστρεφόμασταν γύρω από τον στατικό ήλιο, θα καταλήγαμε με την ίδια ταχύτητα που είχαμε αρχικά). Ο λόγος για τον οποίο η μέθοδος του Ντάισον - δηλαδή η χρήση δύο άστρων νετρονίων - θα μπορούσε να πετύχει, είναι η ταχύτητα περιστροφής των άστρων νετρονίων. Ένα διαστημόπλοιο που χρησιμοποιεί το φαινόμενο της σφεντόνας, αποκτά την ενέργειά του από την κίνηση ενός πλανήτη ή ενός άστρου. Εάν το άστρο ή ο πλανήτης είναι στατικός, δεν υφίσταται κανένα φαινόμενο σφεντόνας. Παρότι η μέθοδος που εισηγήθηκε ο Ντάισον είναι θεωρητικά εφικτή, δεν βοηθά ιδιαίτερα τους σύγχρονους επιστήμονες, που είναι εγκλωβισμένοι στη Γη, διότι για να φτάσουμε στα άστρα νετρονίου, θα έπρεπε πρώτα να καταφέρουμε να κατασκευάσουμε ένα αστρόπλοιο.

Ελληνογαλλική Σχολή Πειραιά «Ο Άγιος Παύλος»

Σελ. 82

Από τη γη στο διάστημα Ηλεκτρομαγνητικά όπλα για την κατάχτηση των ουρανών Μια άλλη ευφυής μέθοδος για την εκτόξευση αντικειμένων στο διάστημα με απίστευτες ταχύτητες είναι το ηλεκτρομαγνητικά όπλο (rail gun), που εμφανίζεται στα έργα του Άρθουρ Τ. Κλαρκ και άλλων συγγραφέων επιστημονικής φαντασίας, αλλά εξετάζεται σοβαρά και ως μέρος της πυραυλικής ασπίδας του προγράμματος του Πολέμου των Άστρων. Το ηλεκτρομαγνητικό όπλο δεν χρησιμοποιεί ούτε πυραυλικά καύσιμα ούτε δυναμίτιδα για να δώσει μεγάλη ταχύτητα σε ένα βλήμα, αλλά τη δύναμη του ηλεκτρομαγνητισμού. Στην απλούστερη μορφή του, το ηλεκτρομαγνητικά όπλο αποτελείται από δύο παράλληλα καλώδια ή τροχιές. Το βλήμα ακουμπάει και στα δύο, σχηματίζοντας μία διάταξη σχήματος U. Ο Μάικλ Φάραντεϋ γνώριζε από τότε ότι το ηλεκτρικό ρεύμα «νιώθει» κάποια δύναμη όταν περνά από ένα μαγνητικό πεδίο (μάλιστα αυτή είναι η αρχή λειτουργίας όλων των ηλεκτρικών κινητήρων). Στέλνοντας εκατομμύρια αμπέρ ηλεκτρικού ρεύματος στις δύο τροχιές και μέσω του βλήματος, σχηματίζεται γύρω από τις τροχιές πανίσχυρο μαγνητικό πεδίο. Στη συνέχεια, το μαγνητικό πεδίο εκτοξεύει το βλήμα με τεράστια ταχύτητα. Τα ηλεκτρομαγνητικά όπλα έχουν εκτοξεύσει με επιτυχία μεταλλικά αντικείμενα με τεράστιες ταχύτητες σε εξαιρετικά μικρές αποστάσεις. Το εκπληκτικό είναι ότι, θεωρητικά, ένα απλό ηλεκτρομαγνητικό όπλο θα μπορούσε να εκτοξεύσει ένα μεταλλικό βλήμα με ταχύτητα 18.000 μιλίων την ώρα, επιτρέποντάς του να μπει σε τροχιά γύρω από τη Γη. Θεωρητικά πάντα, ολόκληρος ο στόλος των πυραύλων της NASA θα μπορούσε να αντικατασταθεί από ηλεκτρομαγνητικά όπλα, ικανά να εκτοξεύουν ωφέλιμα φορτία σε τροχιά γύρω από τη Γη. Το ηλεκτρομαγνητικό όπλο έχει ένα σημαντικό πλεονέκτημα έναντι των χημικών πυραύλων και όπλων. Σε ένα κοινό όπλο, η ανώτατη ταχύτητα που μπορεί να αποκτήσει μια σφαίρα από την ώθηση των αερίων είναι αυτή των κρουστικών κυμάτων. Στο κλασικό βιβλίο του Ιουλίου Βερν Από τη Γη στη Σελήνη, το μέσο που χρησιμοποιούν οι αστροναύτες για να φτάσουν στη Σελήνη είναι η δυναμίτιδα. Στην πραγματικότητα, όμως, εάν υπολογίσουμε την τελική ταχύτητα που μπορούμε να αποκτήσουμε με τη χρήση της δυναμίτιδας, διαπιστώνουμε ότι είναι ένα κλάσμα μόνο της ταχύτητας που απαιτείται για να φτάσουμε στη Σελήνη. Αντίθετα, τα ηλεκτρομαγνητικά όπλα δεν υφίστανται περιορισμούς από την ταχύτητα των κρουστικών κυμάτων. Στην περίπτωση των ηλεκτρομαγνητικών όπλων, όμως, υπάρχουν άλλα προβλήματα. Επειδή σε τέτοιες ταχύτητες επιταχύνουν τα αντικείμενα, τα βλήματα συνήθως γίνονται επίπεδα μόλις έρθουν σε επαφή με τον αέρα. Το ωφέλιμο φορτίο θα αλλάξει δραματικά μορφή κατά την εκτόξευσή του από την κάνη ενός ηλεκτρομαγνητικού όπλου, καθώς όταν έρχεται σε επαφή με τον αέρα είναι σαν να πέφτει σε έναν τοίχο από τούβλα. Εκτός από αυτό, η τεράστια επιτάχυνση του φορτίου όσο βρίσκεται ακόμα στις τροχιές είναι επίσης ικανή να το παραμορφώσει. Επιπλέον, οι τροχιές πρέπει να αντικαθίστανται τακτικά, λόγω των φθορών που τους προκαλεί το βλήμα. Επίσης, οι δυνάμεις G που θα ασκούνταν σε έναν αστροναύτη, θα τον σκότωναν, συνθλίβοντας εύκολα όλα τα οστά του σώματός του. Μια εναλλακτική είναι η εγκατάσταση ενός ηλεκτρομαγνητικού όπλου στη Σελήνη. Έξω από την ατμόσφαιρα της Γης, το ηλεκτρομαγνητικό όπλο θα μπορούσε να επιταχύνει ανεμπόδιστα στο κενό του διαστήματος. Ακόμα και εκεί, όμως, οι τεράστιες επιταχύνσεις που δημιουργεί ένα ηλεκτρομαγνητικό όπλο θα μπορούσαν να προκαλέσουν βλάβες στο φορτίο. Υπό μία έννοια, τα ηλεκτρομαγνητικά όπλα είναι το ακριβώς αντίθετο των ιστίων λέιζερ, τα οποία αναπτύσσουν την τελική τους ταχύτητα με ήπιο ρυθμό και σε μεγάλο χρόνο. Οι περιορισμοί που υφίστανται τα ηλεκτρομαγνητικά όπλα έχουν να κάνουν με τη συγκέντρωση τεράστιων ποσοτήτων ενέργειας σε πολύ περιορισμένο χώρο. Ελληνογαλλική Σχολή Πειραιά «Ο Άγιος Παύλος»

Σελ. 83

Από τη γη στο διάστημα Το κόστος κατασκευής ηλεκτρομαγνητικών όπλων ικανών να στείλουν αντικείμενα σε γειτονικά άστρα, θα ήταν τεράστιο. Σύμφωνα με κάποια πρόταση, η κατασκευή τους θα μπορούσε να γίνει στο διάστημα, στα δύο τρίτα της απόστασης της Γης από τον Ήλιο. Εκεί, θα αποθήκευαν την ηλιακή ενέργεια και θα την απελευθέρωναν ακαριαία, εκτοξεύοντας φορτία 10 τόνων με το ένα τρίτο της ταχύτητας του φωτός και επιτάχυνση 5.000 G. Φυσικά, μόνο τα πιο ανθεκτικά, ρομποτικά φορτία θα μπορούσαν να επιβιώσουν από τέτοιες επιταχύνσεις.

Ελληνογαλλική Σχολή Πειραιά «Ο Άγιος Παύλος»

Σελ. 84

Από τη γη στο διάστημα

Νανοδιαστημόπλοια Υπάρχουν πολλοί άλλοι τρόποι που ίσως να μας επέτρεπαν να αγγίξουμε τα άστρα, πιο προηγμένες και αναπόδεικτες τεχνολογίες, οι οποίες κινούνται στα όρια της επιστημονικής φαντασίας. Μια ελπιδοφόρα μέθοδος είναι η χρήση μη επανδρωμένων εξερευνητικών αποστολών με βάση τη νανοτεχνολογία. Μέχρι τώρα, θεωρούσαμε ότι τα διαστημόπλοια είναι τερατώδεις μηχανές που καταναλώνουν απίστευτες ποσότητες ενέργειας, ικανές να μεταφέρουν ένα πολυπληθές ανθρώπινο πλήρωμα στα άστρα, όπως το Επερπράιζ στο Σταρ Τρεκ. Ίσως, όμως, μια πιο πιθανή εναλλακτική να ήταν αρχικά η αποστολή μη επανδρωμένων, μικροσκοπικών εξερευνητικών διαστημοπλοίων στα μακρινά άστρα, που θα έπιαναν σχεδόν την ταχύτητα του φωτός. Όπως προαναφέραμε, η νανοτεχνολογία ενδέχεται να μας επιτρέψει στο μέλλον να κατασκευάζουμε μικροσκοπικά διαστημόπλοια, τα οποία θα εκμεταλλεύονται την ισχύ μηχανών ατομικού και μοριακού μεγέθους. Τα ιόντα για παράδειγμα, λόγω του ελάχιστου βάρους τους, μπορούν εύκολα να επιταχυνθούν σε ταχύτητες που πλησιάζουν αυτή του φωτός, με συνηθισμένες τάσεις που υπάρχουν στο εργαστήριο. Χωρίς να χρειάζονται πανίσχυρους προωθητικούς πυραύλους, θα μπορούσαν να εκτοξευτούν στο διάστημα σχεδόν με την ταχύτητα του φωτός, χάρη σε ισχυρά ηλεκτρομαγνητικά πεδία. Με άλλα λόγια, αν τοποθετούσαμε ένα ιονισμένο νανορομπότ σε ένα ηλεκτρικό πεδίο, θα μπορούσε χωρίς ιδιαίτερη προσπάθεια να εκτοξευθεί σχεδόν με την ταχύτητα του φωτός. Στη συνέχεια, το νανορομπότ θα έπλεε μέχρι τα άστρα, καθώς στο διάστημα δεν υπάρχει τριβή- Με τον τρόπο αυτό, λύνονται αυτομάτως πολλά προβλήματα που μαστίζουν τα μεγάλα διαστημόπλοια. Τα μη επανδρωμένα, ευφυή διαστημόπλοια-νανορομπότ θα μπορούσαν ίσως να φτάσουν σε γειτονικά αστρικά συστήματα με ελάχιστο κόστος κατασκευής και εκτόξευσης, σε σύγκριση με ένα κολοσσιαίο διαστημοπλοίο που μεταφέρει ανθρώπινο πλήρωμα. Τα νανοσκάφη θα μπορούσαν είτε να μας φέρουν σε γειτονικά άστρα είτε, όπως έχει προτείνει ο Gerald Nordley, ένας απόστρατος μηχανικός αστροναυτικής της Πολεμικής Αεροπορίας των ΗΠΑ, να χρησιμοποιηθούν για την τροφοδοσία ενός ηλιακού ιστίου. «Ένα σμήνος από σκάφη με μέγεθος όχι μεγαλύτερο από το κεφάλι μιας καρφίτσας, τα οποία θα πετάνε σε σχηματισμό και θα επικοινωνούν μεταξύ τους, θα μπορούσαμε πρακτικά να τα κινήσουμε με έναν φακό»64. Τα νανοδιαστημόπλοια έχουν, όμως, τις δικές τους προκλήσεις. Μπορεί να παρεκκλίνουν από την πορεία τους εάν συναντήσουν ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία στο απώτερο διάστημα. Για να αντισταθμίσουμε αυτές τις δυνάμεις, θα πρέπει τα νανοσκάφη να επιταχυνθούν χρησιμοποιώντας πολύ υψηλές ηλεκτρικές τάσεις στη Γη, ώστε να μην μπορούν εύκολα να εκτραπούν. Ισως θα πρέπει επίσης να εκτοξεύσουμε ένα ολόκληρο σμήνος με εκατομμύρια νανορομπότ διαστημόπλοια, για να είμαστε βέβαιοι ότι μια χούφτα έστω από αυτά θα καταφέρει τελικά να φτάσει στον προορισμό της. Η αποστολή ενός σμήνους διαστημοπλοίων για να εξερευνήσουν τα κοντινότερα άστρα, ίσως ακούγεται υπερβολική. Όμως η κατασκευή των σκαφών αυτών θα είχε μικρό κόστος και θα μπορούσε να είναι μαζική, κατά δισεκατομμύρια, ώστε να αρκεί ένα μικρό μόνο κλάσμα από αυτά για να φτάσει στον προορισμό του. Τι μορφή θα μπορούσαν να έχουν αυτά τα νανοσκάφη; Ο Dan Goldin, πρώην επικεφαλής της NASA, οραματίστηκε έναν στόλο από σκάφη «μεγέθους κουτιού Κόκα Κόλα». Αλλοι έχουν κάνει λόγο για διαστημόπλοια σε μέγεθος βελόνας. Το Πεντάγωνο έχει διερευνήσει τη δυνατότητα δημιουργίας «ευφυούς σκόνης», δηλαδή σωματιδίων με μικροσκοπικούς αισθητήρες στο εσωτερικό τους, που θα μπορούν να ψεκαστούν σε ένα πεδίο μάχης και να δίνουν στους διοικητές των δυνάμεων πληροφορίες σε πραγματικό χρόνο. Στο μέλλον, δεν είναι απίθανο να καταφέρουμε να στείλουμε «ευφυή σκόνη» στα γειτονικά άστρα. Ελληνογαλλική Σχολή Πειραιά «Ο Άγιος Παύλος»

Σελ. 85

Από τη γη στο διάστημα Τα κυκλώματα των νανορομπότ τύπου σωματιδίων σκόνης θα κατασκευάζονταν με τις ίδιες τεχνικές χάραξης που χρησιμοποιούνται στη βιομηχανία ημιαγωγών και είναι ικανές να δημιουργήσουν εξαρτήματα με μέγεθος μόλις 30nm (δηλαδή με μήκος 150 άτομα). Τα νανορομπότ αυτά θα μπορούσαν να εκτοξευθούν από τη σελήνη, μέσων ηλεκτρομαγνητικών όπλων ή επιταχυντών σωματιδίων, οι οποίοι αποδεδειγμένα μπορούν να επιταχύνουν υποατομικά σωματίδια σε ταχύτητες που πλησιάζουν την ταχύτητα του φωτός. Οι συσκευές αυτές θα ήταν τόσο φτηνές στην κατασκευή τους, που θα μπορούσαν να εκτοξεύονται στο διάστημα κατά εκατομμύρια. Όταν θα έφταναν σε ένα γειτονικό αστρικό σύστημα, τα νανορομπότ θα μπορούσαν να προσεδαφιστούν σε κάποιο ερημικό φεγγάρι. Λόγω της χαμηλής βαρύτητας του φεγγαριού, το νανορομπότ θα μπορούσε εύκολα να προσεδαφιστεί και να απογειωθεί. Και μέ ένα σταθερό περιβάλλον, όπως αυτό ενός φεγγαριού, θα μπορούσε να αποτελέσει ιδανική βάση επιχειρήσεων. Το νανορομπότ θα μπορούσε να κατασκευάσει ένα νανο- εργοστάσιο, χρησιμοποιώντας τον ορυκτό πλούτο του φεγγαριού, για να δημιουργήσει έναν ισχυρό ραδιοφωνικό σταθμό, από τον οποίο θα έστελνε τις πληροφορίες πίσω στη Γη. Το νανο- εργοστάσιο θα μπορούσε εναλλακτικά να σχεδιαστεί ώστε να δημιουργεί εκατομμύρια αντίγραφα του εαυτού του, τα οποία θα διερευνούσαν το ηλιακό σύστημα και θα επιχειρούσαν να φτάσουν σε άλλα γειτονικά άστρα, επαναλαμβάνοντας αυτή τη διαδικασία. Επειδή τα σκάφη θα ήταν ρομποτικά, δεν θα χρειαζόταν να μεριμνήσουμε για την επιστροφή τους στη Γη μετά την αποστολή των πληροφοριών τους. Το νανορομπότ που μόλις περιέγραψα ονομάζεται και σκάφος von Neumann, από το όνομα του διάσημου μαθηματικού John von Neumann, ο οποίος διατύπωσε τα μαθηματικά των αυτοαντιγραφόμενων μηχανών Τούρινγκ. Θεωρητικά, τα αυτοαντιγραφόμενα νανορομπότ-διαστημόπλοια, θα μπορούσαν να εξερευνησουν ολόκληρο τον Γαλαξία και όχι μόνο τα γειτονικά μας άστρα. Κάποια στιγμή, θα σχηματιζόταν μια σφαίρα από τρισεκατομμύρια ρομπότ, τα οποία θα πολλαπλασιάζονταν εκθετικά, καθώς η σφαίρα θα διαστελλόταν, επεκτεινόμενη σχεδόν με την ταχύτητα του φωτός. Τα νανορομπότ στο εσωτερικό της διαστελλόμενης σφαίρας θα μπορούσαν να αποικίσουν ολόκληρο τον Γαλαξία μέσα σε λίγες εκατοντάδες χιλιάδες χρόνια. Ο Brian Gilchrist του πανεπιστημίου του Μίσιγκαν είναι ηλεκτρολόγος μηχανικός και παίρνει την ιδέα των νανοσκαφών πολύ στα σοβαρά. Πρόσφατα, εξασφάλισε μια επιδότηση 500.000 δολαρίων από το Ινστιτούτο Προηγμένων Συλλήψεων της NASA, για να διερευνήσει την ιδέα της κατασκευής νανοσκαφών με κινητήρες που δεν θα είναι μεγαλύτεροι από ένα βακτήριο. Όραμά του είναι η αξιοποίηση των τεχνολογιών χάραξης που χρησιμοποιούνται από τη βιομηχανία ημιαγωγών για τη δημιουργία ενός στόλου από πολλά εκατομμύρια νανοσκάφη, τα οποία θα κινούνται εκτοξεύοντας μικροσκοπικά νανοσωματίδια μήκους λίγων δεκάδων νανομέτρων. Τα νανοσωματίδια αυτά θα μπορούσαν να ενεργοποιούνται διερχόμενα από ένα ηλεκτρικό πεδίο, όπως συμβαίνει με τους κινητήρες ιόντων. Επειδή κάθε νανοσωματίδιο έχει βάρος χιλιάδες φορές μεγαλύτερο από ένα ιόν, οι κινητήρες θα έχουν πολύ μεγαλύτερη απόδοση από έναν τυπικό κινητήρα ιόντων. Ως εκ τούτου, οι κινητήρες των νανοσκαφών θα είχαν όλα τα πλεονεκτήματα ενός κινητήρα ιόντων και ταυτόχρονα θα διέθεταν πολύ μεγαλύτερη ωστική ισχύ. Ο Gilchrist έχει ήδη ξεκινήσει τη διαδικασία σχεδιασμού ορισμένων τμημάτων αυτών των νανοσκαφών. Μέχρι σήμερα, έχει καταφέρει να συσσωρεύσει 10.000 επιμέρους κινητήρες σε ένα μόνο τσιπάκι πυριτίου, μήκους μόλις ενός εκατοστού. Σε πρώτο στάδιο, οραματίζεται την αποστολή του στόλου των νανοσκαφών του σε ολόκληρο το ηλιακό σύστημα, ώστε να ελεγχθεί η αποτελεσματικότητά τους. Ελληνογαλλική Σχολή Πειραιά «Ο Άγιος Παύλος»

Σελ. 86

Από τη γη στο διάστημα

Το Μέλλον είναι τώρα…. Καθώς γράφαμε την εργασία μας οι εξελίξεις στον τομέα της πυραυλικής υπήρξαν ραγδαίες. Στις 16 Απριλίου 2016 ο πύραυλος Falcon-9 της Space-X , προσνηώθηκε επιτυχώς στο αυτόνομο ρομποτικό σκάφος, που τον περίμενε στον Ατλαντικό ωκεανό, ανοίγοντας νέα εποχή στα διαστημικά ταξίδια.

Νωρίτερα, στις 2 Απριλίου 2016 και η εταιρεία Blue Origin, του ιδρυτή της Amazon Jeff Bezos, είχε προσεδαφίσει επιτυχώς στην έρημο του Δυτικού Τέξας, τον δικό της πύραυλο, New Shepard, μετά από μια δοκιμαστική εκτόξευση σε ύψος 103 Km. Οι επιτυχίες αυτές καθιστούν τον επαναχρησιμοποιούμενο πύραυλο μια πραγματικότητα. Με αυτόν τον τρόπο το κόστος των διαστημικών ταξιδιών θα πέσει και το ταξίδι στο διάστημα για τουριστικούς λόγους, θα είναι πολύ σύντομα ανάμεσα στις προσφορές των ταξιδιωτικών πρακτορείων.

Τέλος, στις 14 Απριλίου 2016, μια είδηση έκανε «κρότο» στα μεγαλύτερα ειδησεογραφικά πρακτορεία: Ο Ρώσος μεγιστάνας Γιούρι Μίλνερ,ο ιδρυτής του Facebook Μαρκ Ζακερμπεργκ και ο φυσικός Στίβεν Χοκινγκ αποκάλυψαν το φιλόδοξο σχέδιό τους να κατασκευάσουν χιλιάδες «νανο-διαστημόπλοια» ώστε να ταξιδέψουν στο Αλφα του Κενταύρου, στο νότιο ημισφαίριο.Είναι το εγγύτερο αστρικό σύστημα στον δικό μας Ήλιο, απέχοντας από αυτόν 4,37 έτη φωτός, ή 40 τρισεκατομμύρια χιλιόμετρα. Με βάρος μόλις ένα γραμμάριο,θα προωθούνται με μια δέσμη ακτίνων λέιζερ, οι οποίες θα συγκροτούν μια πανίσχυρη ακτίνα. Ετσι θα καταφέρουν να φτάσουν με ταχύτητα το ένα πέμπτο της ταχύτητας του φωτός στον προορισμό τους σε 20 χρόνια. Η κοινή αυτή πρωτοβουλία με την ονομασία Breakthrough Starshot υπολογίζεται ότι θα κοστίσει 100 εκατομμύρια δολάρια. «Στόχος της αποστολής είναι να αποδείξει ότι είναι δυνατή η κατασκευή νανοδιαστημοπλοίων που θα ταξιδεύουν με την ταχυτητα του φωτός και να θέσει τις βάσεις για ένα μελλοντικό ταξίδι στο Άλφα του Κενταύρου. Το τελικό κόστος ενός τέτοιου εγχειρήματος αναμένεται να συγκριθεί με το CERN , τη μεγαλύτερη διεθνή επιστημονική συνεργασία.»

Ελληνογαλλική Σχολή Πειραιά «Ο Άγιος Παύλος»

Σελ. 87

Από τη γη στο διάστημα

Βιβλιογραφία – Πηγές Η Φυσική του Ανέφικτου Μίτσιο Κάκου Εκδόσεις Αβγό. Κινητήρες πυραύλων και προωθητικά πυραυλικών συστημάτων Δρ. Κωνσταντίνος Γ. Κολοβός Ε.Κ.Ε.Ο. https://en.wikipedia.org/wiki/NASA#Space_Shuttle_program_.281972.E2.80.932011.29 https://en.wikipedia.org/wiki/New_Shepard http://www.spacex.com/falcon9 https://en.wikipedia.org/wiki/Vulcan_(rocket) https://plus.google.com/114461178896543099856 http://bigstory.ap.org/article/0997567bb1a64f31943c0fa84c48702f/reusable-rocket-first-booster-returnssafely-earth http://www.instructables.com/id/2-Liter-Rocket/ https://www.youtube.com/watch?v=9-Qa9N1wdBs https://www.youtube.com/watch?v=jm2t-WDoWxg https://www.youtube.com/watch?v=tunY1aDav3Q https://www.youtube.com/watch?v=IA7Jf000lyE https://www.youtube.com/watch?time_continue=117&v=wtyB-ZU46zw https://www.youtube.com/watch?v=rpfavW12zhk https://www.youtube.com/watch?v=KA8iZUUzdvk https://www.youtube.com/watch?v=meFKKDxBXgM https://www.youtube.com/watch?v=LeQ0cVRJBFw https://www.youtube.com/watch?v=joBZl-Y4PYQ https://www.youtube.com/watch?v=s_RhYcJkrS0 https://www.youtube.com/watch?v=HL46CYVSG7w https://www.youtube.com/watch?v=ogeAnT42KrI https://www.youtube.com/watch?v=ok1fPxXV3Us http://kotsanas.com/exh.php?exhibit=2001001 http://earthobservatory.nasa.gov/Features/vonBraun/vonbraun_4.php Ελληνογαλλική Σχολή Πειραιά «Ο Άγιος Παύλος»

Σελ. 88

Από τη γη στο διάστημα http://earthobservatory.nasa.gov/Features/Goddard/goddard_2.php http://history.nasa.gov/sputnik/korolev.html http://www.russianspaceweb.com/korolev.html http://forum.nasaspaceflight.com/index.php?topic=34034.0 http://merkopanas.blogspot.gr/2016/01/1989-valentin-glushko.html https://project6astro.wordpress.com/missions/διαστημικα-ατυχηματα/ http://www.nasa.gov/centers/goddard/about/history/dr_goddard.html http://www.instructables.com/id/How-To-Make-A-Bottle-Rocket/ http://www.instructables.com/id/Introduction-The-Water-Rocket/ https://www.youtube.com/watch?v=ii6D1R6lXVA http://gr.euronews.com/2016/04/14/is-there-anyone-out-there-tiny-nanocraft-could-explore-space/

Ελληνογαλλική Σχολή Πειραιά «Ο Άγιος Παύλος»

Σελ. 89

Από τη γη στο διάστημα

Συντελεστές Η παρούσα εργασία πραγματοποιήθηκε στο πλαίσιο του μαθήματος: «Ερευνητική εργασία» της Β’ Λυκείου για το σχολικό έτος 2015-2016. Υπεύθυνος καθηγητής: κ. Μπράιλας Διονύσιος Μαθητές Βατίστας Ανδρέας Ζωγόπουλος Σωτήρης Κακαντώνης Σπύρος Κιουράνης Γιώργος Λάμπρου Μιχάλης Μαζεμένος Ηλίας Μαμαλάκης Παναγιώτης Μαυροφιδοπούλου Λυδία Μηνάς Δημοσθένης Σταυράκης Παναγιώτης Ταπάσκος Περικλής Τηλιακός Γιάννης Τσαγκάρης Θεόδωρος Φωτάκου Λυδία Φωτιάδου Μαγδαληνή Χανιώτης Λάζαρος Καλλιντέρης Κωνσταντίνος

Ελληνογαλλική Σχολή Πειραιά «Ο Άγιος Παύλος»

Σελ. 90