RAKETA První kroky na cestě ke kosmickému dopravnímu prostředku
Jan Sedláček
2010
Přednáška z 24.10.2010 na Slovak Space Party 2010 ve Strečně.
I. Úvod Raketa je dnes jediným reálně pouţitelným dopravním prostředkem, který nám umoţňuje cestovat mimo hranice zemské atmosféry. Princip raketového pohonu je zaloţen na reaktivní síle a není rozhodující, zda pohání „ohnivý šíp“ nebo současnou nosnou raketu. Jsou sice známy principiálně odlišné moţnosti dosaţení oběţné dráhy (např. elektromagnetické katapulty, kosmický výtah), ale jejich praktické vyuţití je hudbou vzdálené budoucnosti a není jisté, budou-li vůbec někdy pouţity.
II. První kroky Přestoţe se někdy setkáváme s názorem, ţe rakety jsou staré přes tři tisíce let, domnívám se, ţe tomu tak není a její první kroky musíme datovat zhruba polovinou prvního tisíciletí našeho letopočtu. Historici hovoří, ţe vojenské zápalné zbraně se začaly pouţívat někdy kolem roku 1000 před naším letopočtem. V té době se vyuţívaly nádoby s hořlavým materiálem podobným naftě (nebo asfaltu), které byly zapalovány a vrhány pomocí různých mechanických zařízení. Princip byl jednoduchý, zbraň jednoduchá a přesto mohla způsobovat četné poţáry na rozsáhlém prostoru. Podle tradičního
pohledu toto ale nebyly rakety. Pro jejich vznik bylo potřebné vytvořit podmínky, bez jejichţ splnění nemohly rakety existovat. První a hlavní podmínkou byl vynález střelného prachu, případně podobné směsi, jeţ byla jedinou moţnou variantou pohonu primitivních raketových motorů. Ţádná jiná (v té době pouţitelná) látka nebyla schopná vyvíjet dostatečný tah. Ze třetího století před n. l. pocházejí zmínky o primitivní formě střelného prachu v Číně. Bambusové trubky se plnily ledkem, sírou a dřevěným uhlím a po uzavření se pouţívaly při náboţenských slavnostech tak, ţe se vhazovaly do ceremoniálního ohně v naději, ţe hluk exploze zapudí zlé duchy. V některých případech mohlo dojít k tomu, ţe trubka nebyla dokonale uzavřena a tak mohla z ohně vylétnout a tak se vlastně zrodila první „raketa“. Další zmínky o směsích podobných střelnému prachu jsou z doby vlády císaře Wu-Di (okolo roku 100 před n. l.), kdy se experimentovalo se sírou a ledkem. Přestoţe prvotním cílem tehdejších alchymistů byl objev elixíru nesmrtelnosti, dospěli při svých experimentech ke zdokonalení střelného prachu, který se stal pohonnou látkou i pro tehdejší rakety. Někdy kolem roku 600 n. l. zřejmě Číňané dokázali přizpůsobit vlastnosti černého prachu tak, aby mohl být vyuţíván nejen jako výbušnina, ale uplatnil se také jako pohonná síla pro zábavní pyrotechniku. Naznačují to některé spisy zabývající se vylíčením té doby. Druhou důleţitou skutečností bylo aktivní vyuţívání reaktivní síly a její následná aplikace. Hérón Alexandrijský (zvaný Méchanikos), starořecký mechanik usazený v egyptské Alexandrii, v prvním století n. l. údajně zkonstruoval zařízení zvané aeolipila – coţ byla v podstatě primitivní parní reaktivní turbínu. Pára tryskala ze dvou trubiček vmontovaných do koule a tím ji roztáčela. O vyuţití reaktivní síly se údajně pokusil uţ Archytás někdy ve čtvrtém století před n. l., kdyţ vyrobil hliněnou holubici, která byla naplněna vodou a
umístěna na laně nad oheň. Z otvoru v zadní části ptáka unikala pára a pták měl, vedený po šňůře, uletět aţ 200 metrů. Archytásovy pokusy v Tarentu nejsou známy ze soudobých zdrojů, ale popisoval je aţ římský spisovatel a encyklopedista Aulus Gellius (mezi 115 a 130 – asi 180) ve svém rozsáhlém díle Noctes Atticae ze druhé poloviny druhého století (nejčastěji se udává období kolem roku 177 za jeho pobytu v Aténách). Dílo obsahuje velké mnoţství citací z většinou nedochovaných děl antických autorů. Aplikace raketového pohonu byly v Číně nalezeny v pouţití u ohňostrojů a ve válečnictví. Číňané začali pouţívat rakety pro slavnostní ohňostroje kolem roku 850, konané u příleţitostí náboţenských obřadů nebo při oslavách významných svátků. Ve válečnictví se první rakety objevují zřejmě v letech 904 aţ 906. Číňané tehdy poprvé pouţili zápalné projektily, kterým říkali "létající ohně" (fei-huo). Jejich ničivý potenciál byl zřejmě nepatrný, důleţitý ale byl psychologický efekt nové zbraně. Ze stejného období (přesněji z roku 850) se dochoval popis nehody při výrobě střelného prachu. Taoistický text Zhenyuan miaodao yaolüe uvádí: „Někteří pak zahřívali najednou síru, realgar a ledek s medem; vznikl kouř a plameny a jejich ruce i tváře tak byly popáleny; dokonce i celý dům, kde pracovali, shořel…“ Z poloviny 10. století pochází první vyobrazení čínských „raketových“ zbraní. Na hedvábném praporci
z Dunhuangu
je
vyobrazena zbraň tvořená dutou
rourou
střelným
naplněnou
prachem
připevněnou
a
k oštěpu.
V pravém
horním
rohu
praporce
drţí
jeden
z démonů,
kteří
napadli
Buddhu, ohnivou zbraň a v pravé ruce pak zapálený ruční granát. Z vyobrazení je patrné, ţe ze zbraně z jednoho konce vychází plamen a z druhé je vystřelován kulatý náboj.
Praktické vyuţívání raket bylo v Číně od dob vlády první dynastie Sung (zhruba od roku 960) zaměřeno jednak k pohonu signálních a ohněstrůjných raket a jednak k pohonu vojenských, zejména zápalných raket. Princip ohněstrůjné rakety se do dnešních časů nezměnil. Raketa se skládá ze tří částí: hlavice, která obsahuje výbušnou směs a vytvářející vlastní efekt, raketového motoru a dlouhé stabilizační tyče. Pohonná směs se balila do několika vrstev papíru, který se převázal nití, jeţ současně slouţila k připevnění stabilizační tyče, a na povrch se poté pro zpevnění nanášela vrstva rozpuštěné smůly a vosku. Výroba ohněstrůjných efektů bývala velice střeţeným tajemstvím a jejich znalost zpravidla mizela se smrtí ohněstrůjce, pokud nebyla předána synovi jako pokračovateli rodové tradice. Jak jiţ bylo zmíněno dříve, další významnou aplikací raket bylo vojenství. Často, neprávem opomíjeným vyuţitím raket v armádě je signalizace. V době bez telekomunikace se předem dohodnutý výstřel signální rakety při určité události nesmírně hodil a mohl tak rozhodovat i výsledek celé bitvy. Tehdejší
vojenské
ohněstrůjných
rakety
raket,
se
nijak
s výjimkou
nelišily
hlavice,
od která
většinou obsahovala lehce hořlavou látku způsobující po dopadu rakety poţár. Příkladem pouţití raketových zbraní je později popisovaná událost z roku 994. Tehdy bylo čínské město Tzu Tung obklíčeno armádou čítající asi 100 000 muţů. Velitel vojska ve městě Chang Yung vyuţil k obraně dělostřelectvo, které vystřelovalo z katapultů kameny a vypouštělo „ohnivé střely“. První písemné dílo s poměrně podrobným popisem rakety je čínská encyklopedie Wu ching tsung yao (
; Úplný přehled vojenských klasiků) od státního úředníka Tseng Kung-Lianga, sepsaná za
císaře Renzonga z dynastie Sung. Dílo obsahuje první věrohodné zprávy o pouţití primitivních
raketových motorů o minimálním tahu. Motor představovala bambusová trubka naplněná hořlavou směsí připevňovaná na šípy nebo kopí, který uděloval zbrani větší rychlost a hlavně zvyšoval psychický účinek zbraně (šíp byl nadále vystřelován z luku, kopí vrháno vojákem). Hořlavá směs je tvořena ledkem (76%), sírou (10%) a dřevěným uhlím (14%); směs neměla detonační sílu, ale hodila se pro pohon. Rozbor přípravy této směsi je v díle uveden na třech místech; rozdíl mezi jednotlivými směsmi je v procentuálním zastoupení jednotlivých sloţek. Rukopis také obsahuje ilustrovaný oddíl o zbraních. Originální vydání knihy bylo sice ztraceno, je ale známo několik kopií z roku 1123.
III. Šíření rakety po světě Třinácté století postupně přineslo znalost raket do dalších oblastí světa. Díky výpadům Mongolů po Asii a Evropě se seznámili s raketami (přesněji řečeno s jejich „raketovými“ zbraněmi) Japonci, Indové, Korejci a další národy Asie a rakety se dostaly také do Evropy. Zde je potřebné ještě upozornění, ţe Číňané (a Mongolové) se nijak nesnaţili své raketové zbraně zdokonalovat. Jejich snaţení se proto zaměřilo na výrobu různých vypouštěcích zařízení. Dnes je z období do konce 13. století známo osm druhů vypouštěcích zařízení (z toho byly čtyři ruční, dvě na dvoukolovém vozíku a zbylé stacionární). Ruční raketomety zpravidla nesly názvy zvířat a zhotovovaly se z bambusu, kůţe a papíru, aby byly lehké a co nejméně omezovaly střelce v pohybu. Cílem těchto vypouštěcích zařízení bylo zajistit odpálení co největšího mnoţství raket v co nejkratším čase a znásobit tak jejich poměrně malou ničivou sílu. Čínská kronika z roku 1232 popisující boje Číňanů s Mongoly hovoří o pouţití „ohnivých šípů“ při obraně města Kai-fung-fu (dnešní Peking). Čínské vojsko pouţilo při obraně města také novou zbraň, která vnesla mezi obléhající Mongoly paniku. Podle dobových pramenů raketová zbraň "...dělala hluk podobný hromu a létala na vzdálenost 100 li /asi 9 km!/. Místo, kam dopadla, bylo vypáleno do
okruhu 200 stop /asi 60 m/..." Podle historických pramenů město odolávalo po několik měsíců obléhání více neţ 30 000 Mongolů jen díky pouţití této zbraně. Někteří autoři ale upozorňují, ţe se nemuselo jednoznačně jednat o rakety, ale mohlo se jednat o první pouţití dělostřelectva (např. v Ottově slovníku naučném se dočteme, ţe „ve válce Tatarů s Číňany r. 1232 užívalo se děl zcela pravidelně“). Do Evropy se rakety dostaly díky výpadům mongolského vládce Bátú (1208 – 1256), vnuka Čingischána. Bátú v letech 1236 - 1242 vedl vpád Mongolů do Ruska a východní a jiţní Evropy (Polsko, Morava, Uhry a Dalmácie). Podle polského kronikáře Jana Dlugosze pouţila mongolská vojska v bitvě u slezské Legnice proti rytířům Jinřicha II. Poboţného, který v této bitvě padl, nevídanou zbraň. Na bojišti vztyčili Mongolové do výšky dračí hlavu, která chrlila na polské vojsko "oheň, dým a smrad" tak veliký, ţe rytíři nebyli schopni boje a tak snadno podlehli mongolské hordě (moţná první příklad chemické války). Po vítězné bitvě táhl Bátú se svým vojskem přes Moravu do Uher. Mongolové pouţili raketové zbraně také při svém útoku na pevnost Sejo v Uhrách (která předcházela jejich dobytí Budy - část dnešní Budapešti - dne 25. 12. 1241). V průběhu sedmé kříţové výpravy (1248 – 1254) se s raketovými zbraněmi setkali evropští válečníci v roce 1249 při bitvě u egyptského města Damietty (Dimját) v deltě řeky Nilu. Nevěřící napadli křesťanské rytíře, které vedl francouzský král Ludvík IX., a raketami odpalovanými přes jedno z ramen Nilu vyvolali v řadách rytířů pořádnou paniku. Jednalo se o čočkovité těleso, vybavené třemi raketovými motory, hrotem a stabilizačními tyčemi, které byly
umístěny na zadní straně po bocích. Tuto raketovou zbraň popsal v roce 1268 francouzský historik de Joinville ve spise o králi Ludvíkovi IX. Sedmá kříţová výprava, která byla namířena hlavně proti Egyptu, byla neúspěšná. Zde malá odbočka zpět do Číny: rakety pohybující se po zemi byly známy i tady. Jistý čínský kronikář popisoval zděšení, které v roce 1264 vyvolaly rakety nazvané „Pozemní krysa“, pouţité při velkém ohňostroji na oslavě matky císaře Lizonga, císařovny Kung Sheng. Ale zpátky k šíření vojenských raket po světě. Myšlenka pouţívat k bojovým účelům raketu přišla do Evropy někdy po roce 1249; zmiňuje se o tom německý dominikánský teolog, filozof a přírodovědec Albertus Magnus, (asi 1193 – 15.11.1280) působící v Řezně. (Albert Veliký, vlastním jménem Albrecht von Bollstädt, byl povaţován za největšího vzdělance středověké Evropy.) V roce 1265 zveřejnil svoje dílo De mirabilius mundi (O divech světa), v němţ píše o jednoduchých raketách a výrobě střelného prachu. Dále popisoval zápalnou směs (jedna libra síry, dvě libry dřevěného vrbového uhlí a šest liber soli) a jeho spis obsahoval také návod na uplatnění této směsi v podobě "létajícího ohně". Albertus Magnus své popisy uvádí s odkazy na ztracené arabské originály. Své znalosti v tomto oboru ale zřejmě čerpal z díla františkánského mnicha Rogera Bacona (1214 – 11.6.1294). Bacon sepsal v letech 1247 aţ 1249 knihu De secretis operibus artis et naturae et nullitate magiae (O tajných dílech umění a přírody a neplatnosti kouzel; spis byl vydán aţ v roce 1618), v níţ popisuje směs vyvolávající "hrom a blesky“, s níţ je moţné zničit město nebo armádu. Koncem 13. století se rakety vyuţívaly na bojištích celého tehdejšího světa. Například v roce 1274 pouţili Mongolové raketové střely v bitvě o ostrovy Cušima a Iki při neúspěšné invazi do Japonska. Útočníci odpalovali své střely z lodí; při druhém neúspěšném útoku na japonská území v roce 1281 pouţívali raketové zbraně proti samurajské jízdě. Z let 1274 aţ 1275 pocházejí čínské letopisy popisující pouţití raketových střel při mocenských bojích mezi Sungy a Juany (Jüany). V roce 1280 se v arabských pracích, které líčí vpád Mongolů do Bagdádu v únoru 1258, objevují popisy pouţití střelného prachu a "šípů z Číny". V dalších pracích jsou popisovány další moţnosti vyuţití střelného
prachu jako například ve vzduchu vybuchující střely nebo mina, pohybující se po zemi. Arabové pouţili raketové zbraně také při útocích na Valencii ve Španělsku (rok 1288). Se zmínkou o raketách se setkáme v roce 1258 v zápise v kronice německého města Köln. V letech 1285 - 1295 vznikaly spisy arabského teoretika vojenství al-Hasana al-Rammáha Nejdm al-din al-Adhata nazvané Kitab al-forusia al-munasab wal-harbiya (Kniha o bojích koňmo a s válečnými stroji či o umění jezdeckém a válečné lsti). V knize je mj. popsáno pozemní torpédo čočkovitého tvaru s raketovým motorem, hrotem a dvěma zadními stabilizačními tyčemi s opeřením. Torpédo se pohybovalo po zemi mezi nepřátelskými koňmi a plašilo je vycházejícím ohněm a dýmem. Vedle tohoto torpéda a výbušných střel se třemi zápalníky autor podrobně popisuje zápalné směsi (celkem uvádí 107 receptů na různé směsi) a zejména úpravu a čištění ledku vícenásobnou krystalizací.
IV. Závěr To byl začátek dlouhé pouti rakety, která se postupně z doplňkové zbraně a prostředku zábavy vyvinula v ničivou zbraň a prostředek, jeţ nám umoţňuje lety do kosmického prostoru. A budoucnost? Moţná i takto...
