Reaktyvinis judėjimas

Anotacija. Straipsnyje analizuojant pasaulio mokslo žymiausius pasiekimus ir pasitelkus kosminės technikos vystymosi pavyzdį pateikiama mechanikos ir energetikos sąsajos svarba tolesnei mokslo pažangai. Siūloma įteisinti mokslo šaką pavadinimu ,,Energomechanika”.

Įvadas

Daugiapakopės raketos, lietuvio Kazimiero Semenavičiaus idėjos dėka atsirado XVII a. viduryje. Tačiau, dėl silpno technikos lygio ir didelio kaloringumo kuro stokos, šią idėją galutinai įgyvendinti pavyko XIX a.

pabaigoje ir XX amžiuje. Daugiapakopės raketos vystymosi istorija parodo ilgą dviejų mokslo rūšių lygiagretaus vystymosi kelią. Be istorinės analizės, darbe taip pat pateikiama mechanikos ir energetikos lygiagretaus vystymosi svarba pasaulinio mokslo pažangai ir mokslų sandūros panaudojimo perspektyva.

1. Kazimiero Semenavičiaus mokslo pasiekimai

Kietojo kuro raketinių variklių pasirodymo pradžia galima laikyti senovės

Kiniją, kuomet X-XI a. buvo išrastas juodasis-dūminis parakas. Europoje šis kuras pasirodė XIII a. Tuomet parakas buvo naudojamas pasilinksminimams – fejerverkams, o vėliau ir kaip ginklas. Europoje pirmosios raketos atsirado XV a.

Lietuvis Semenavičius (Semenovičius), o greičiausiai “Semėnas” Kazimieras, inžinierius artilerininkas, Vilniaus universiteto auklėtinis-magistras,

Lietuvos dvarininkas (1600-1651, gimimo metai nėra tikslūs) tarnaudamas

Žečpospolitos kariuomenėje gerai susipažino su artilerija ir karaliaus

Vladislovo Vazos buvo pasiųstas gilinti žinias į Olandiją. Grįžęs, 1647 m.

buvo paskirtas Žečpospolitos artilerijos vyriausiojo vado pavaduotoju, o

1649 m. vėl išvyko į Olandiją, kur 1650 m. Amsterdame baigė rašyti veikalo

“Didysis artilerijos menas” pirmąją dalį (antroji dalis buvo paruošta, bet neišleista) [1]. Veikalą sudarė 5 skyriai pavadinti knygomis. Jame buvo pateikiama daugiau kaip 200 autoriaus pieštų paveikslų bei schemų, konstrukcijos, medžiagų gamybos technologija. Trečioji veikalo dalis –

knyga “Apie raketas” – skirta raketų konstrukcijoms, jų kurui, gamybai ir paleidimo įrenginiams. Joje pirmą kartą pasaulyje iškeliama daugiapakopės raketos ir raketinės artilerijos idėja, pateikiami 3-jų pakopų raketos brėžiniai, apžvelgiama raketos gamybos technologija. Aprašoma septynių, paraku užtaisomų raketų baterija.

Nors Toderičij (Technik Geschichte, Bd. 34 (1967) Nr 2.)) įrodinėja, kad

Rumunijos mieste Sibiu yra K. Chaso rankraštis (K. Chas (1524-1569) gyveno

Rumunijos mieste Sibiu), kuriame prieš 120 metų iki K. Semenavičiaus kelta daugiapakopės raketos idėja. Tačiau pats K. Semenavičius apžvelgęs visus jam prieinamus šaltinius nieko nepažymi.

Kaip K. Semenavičius įsijungė į artileriją ir raketų gamybą, liudija šie istoriniai faktai. Vaikystėje jis turėjo potraukį tarnauti karinėje tarnyboje, o ypač artilerijai. Tačiau tuo metu artileristai nebuvo laikomi riteriais, net ne kariškiais, o savitais amatininkais. Lietuvos kariuomenė

XVII a. buvo formuojama dviem būdais: samdos ir mobilizacijos. Samdyta kariuomenė buvo pastovi ir jai vadovavo lauko hetmanas. Mobilizuota kariuomenė buvo skirta karui ir jai vadovavo Didysis hetmanas. Antroji kariuomenė susidėjo iš dvariškių, kurie atsivesdavo savo dvaro tarnus.

Samdomos kariuomenės artilerijoje tarnavo užsieniečiai, bežemiai ir neturtingi dvarininkai. Bet lenkų-lietuvių karalius Vladislavas Vaza norėdamas pritraukti dvariškius suorganizavo specialų korpusą, kuriam teikė privilegijas. Jaunus dvariškius mokė matematikos ir inžinerijos. Tokį kelią nuėjo ir K. Semenavičius. Jis išsiskyrė savo gabumais. Be graikų ir lotynų k., jis gerai žinojo aritmetiką, geometriją, statiką, hidrauliką, pneumatiką, civilinę ir karinę architektūrą, fortifikaciją, grafiką, fiziką ir chemiją.

Kazimiero Semenavičiaus veikla artilerijoje vado pavaduotojo pareigose nebuvo sėkminga. 1648 m. gegužės 28 d., be artilerijos vado Kristofo

Arciševskio žinios, jis pulko vadui Samuliui Osinskiui neatlygintinai išdavė 100 olandų muškietų ir 60 jų kopijų iš karaliaus gvardijos. Ko pasėkoje artilerijos vadas pareikalavo padengti nuostolius.

Tų pačių metų birželį Kazimieras Semenavičius su 17 artileristų išvyko į

Lvovą – į kovas prieš kazokus. Vėliau, rugpjūčio mėnesį ten atvyko generolas Arciševskis ir artileristų atlyginimams skyrė didelę sumą pinigų.

Po to buvo iškelta baudžiamoji byla dėl dalies pinigų pasisavinimo. Bet tikroji situacija neaiški. Tačiau karalius Vladislavas mirė, o naujasis karalius Jonas – Kazimieras jį nušalino iš pareigų ir išsiuntė į Olandiją.

Vilniaus universiteto bibliotekos aktų knygoje įregistruoti visi Vilniaus jėzuitų akademiją baigę auklėtiniai. 1651 m. magistrų sąraše minimas K.

Semenavičius, istorijos egzaminą dėl ligos laikęs eksternu pas istoriką

Albertą Kojalavičių. 1651 m. pabaigoje jis mirė. Palaidojimo vieta nežinoma.

Vos pasirodęs, K. Semenavičiaus veikalas jau 1651 m. buvo išverstas į prancūzų k., o 1676 m. ir į vokiečių k. Į vokiečių k. ją išvertė vokiečių kapitonas Daniel Elrich. 1929 m. Londone ši knyga buvo išversta į anglų k. –vertėjas George Shelvocke.

Numatytoje rašyti antrojoje veikalo dalyje K. Semenavičius skyrė dėmesį lydymo ir stiprumo problemoms, taip pat bendriesiems pirotechnikos klausimams spręsti.

Raketinė baterija Kazimiero Semenavičiaus darbe buvo komplektuojama iš 7

parako raketų. Visos trys pakopos galėjo veikti savarankiškai. Raketos skrydžio stabilumą turėjo užtikrinti geležinis rutulys, pritvirtintas metaline spirale užpakalinėje raketos dalyje.

[pic]

1 pav.

Paprasčiausios raketos parodytos 1 pav. Užpakalinėje tokios raketos dalyje yra kuras, o priekinėje – fejerverko mišinys. Ant raketos korpuso keletas mažų raketų, išdėstytų spirale, verčiančių raketai suktis. Iš pradžių raketos stabilizatoriumi buvo medinis mietas, vėliau pagamintas stabilizatorius, susidedantis iš keturių medinių tašelių.

Pirmoji veikalo dalis stebina moksliniu, o ne amatininkišku požiūriu į raketų gamybą. Joje analizuojamas raketos judėjimas ore, stabilumas, valdymas, ir, svarbiausia, daugiapakopių raketų gamyba. Taigi, daugiau nei prieš 300 metų Kazimieras Semenavičius kūrė raketas, savo veikimo principu tokias kaip ir dabar.

K. Semenavičius kūrė įvairių dydžių raketas ir tam buvo naudojami įvairios sudėties kuro mišiniai. Kuras buvo labai svarbus elementas raketos darbui.

Kuras nulėmė raketų raidą. Nors istorikai ir stebisi, kad 150 metų nebuvo jokios pažangos, bet tai buvo neišvengiama tiesa. K. Semenavičius buvo pamirštas. Anglų generolas Congreth XIX a. pradžioje patobulinęs K.

Semenavičiaus daugiapakopės raketos idėją buvo pripažintas daugiapakopių raketų idėjos autoriumi, nors K. Semenavičiaus knyga į anglų kalbą buvo išversta dar 1729 metais.

2. Daugiapakopių raketų kuras ir medžiagos

Esminiai pokyčiai įvyksta XIX a. pabaigoje, kai atsiranda kaloringesnis kuras (palyginus su dūminiu paraku) –bedūminis piroksilininis parakas

(Vielis 1884 m.), o 1888 m. Nobelis išranda balistitą.

Skystą vandenilį raketų kurui pirmąsyk 1903 m. pasiūlė K. E. Ciolkovskis.

Vandenilis yra lengviausias ir žemiausiose temperatūrose (išskyrus helį)

verdantis skystis. Jo tankis 71 kg/m3 (esant – 253oC) ir tvirimo» – 252,8oC. Netoksiškas, neturi kvapo, bet labai pavojingas ugniai, su oru sudaro sprogstamą mišinį plačiame koncentracijos diapazone (nuo 4

iki 75% tūryje). Koroziškai pasyvus, bet žemose temperatūrose iššaukia daugelio medžiagų trapumą. Geriausiai su skystu vandeniliu kontaktuoja mažaangliai plienai su dideliu nikelio kiekiu, vario ir aliuminio lydiniai.

Dėl atominių branduolių sukimosi ašių skirtumo, egzistuoja dvi vandenilio molekulių modifikacijos: ortovandenilis (o – H2) ir parovandenilis (p – H2). Paprastas vandenilis yra šių modifikacijų mišinys, kurio koncentracija priklauso nuo temperatūros. Esant 25oC tempertūrai, koncentracijos pusiausvyra sudaro 75% o – H2 ir 25% p – H2, o esant žemoms temperatūroms vyrauja parovandenilis (esant – 252,8oC – 0,21% o – H2 ir

99,79% p – H2). Savaiminė normalaus suskystėjimo konversija iki pusiausvyros koncentracijos (0,21% o – H2) vyksta lėtai ir lydima šilumos išsiskyrimo. Dėl to saugant skystą vandenilį katalizatorių pagalba perveda į paraizomerą.

Skystas vandenilis gaunamas suskystinant vandens elektrolizės metu gaunamą deguonį, ir giliai atšaldant dujų mišinius, turinčius laisvą vandenilį. Dėl žemos virimo temperatūros vandenilio suskystinimas yra sudėtingas procesas.

Skystas vandenilis raketinėje technikoje naudojamas kartu su skystu deguonimi. Taigi žema virimo temperatūra trukdo jo panaudojimą ir saugojimą.

1939 m. S. Koroliovas sukūrė valdomą sparnuotą raketą ir sklandytuvą su raketiniu skystojo kuro varikliu, kuriuo 1940 metais pirmą kartą pakilo lakūnas V. Fiodorovas. Nuo 1946 m. vadovaujant S. Koroliovui buvo pradėti kurti erdvėlaiviai “Vostok”, “Voschod” ir kiti.

Be raketinio kuro kuriant raketas yra labai svarbios konstrukcinės medžiagos. Jos turi turėti ne tik geriausius stiprumo rodiklius, bet ir minimalų svorį. Tad čia naudojama santykinio stiprumo – stiprumo ribos ir tankio santykio – charakteristika. Vertinant standumą priimamas santykinis standumas (tamprumo modulio ir tankio santykis).

Vienu iš tokių perspektyvių metalų yra berilis –aukštos elektros ir šilumos laidumo savybės, atsparus karščiui, korozijai, nekinta matmenys keičiantis aplinkos parametrams ir lengvas. Tai aerokosminė medžiaga, gerai tinkanti branduolinėje technikoje. Tačiau jis ir turi trūkumų: brangus, toksiškas ir trapus. Jei, pagal santykinį stiprumą, aliuminio lydiniai yra silpnesni už plieną ir titano lydinius, tai jų savybės yra geresnės pagal santykinį standumą.

Aviakosminės technikos progresas siejamas su pluoštinėmis kompozitinėmis medžiagomis, kurių savybės viršija metalinių medžiagų galimybes.

Boropluoštai 5 kartus viršija stiklo pluoštų santykinį standumą, 6

kartus – didelio stiprumo plienų, titano ar aliuminio lydinių.

3. Kosminiai laivai

Raketų mokslo vystymasis [2] leido sukurti 2 pakopų (2 pav.)

raketą – nešėją palydovą ,,Sputnik” bei 3 pav. parodytą trijų pakopų

,,Vostok” raketos pagalba kosminį laivą (J.Gagarino skrydis).

[pic]

2 pav.

[pic]

3 pav.

4 pav. parodytas išėjimas į atvirą kosmosą (,,Voschod”, A. Leonovas), o

5 pav. ,,Sojuz-A” 2-3 žmonių kosminis laivas.

[pic]

4 pav.

[pic]

5 pav

Pasaulį stebino ir JAV kosminis laivas ,,Apolon” 6 pav., išvedęs įgulą į mėnulį bei JAV pilotuojamas daugiakartinio kosminis laivas ,,Space Shuttle”

7 pav.

[pic]

6 pav.

[pic]

7 pav.

4. Energomechanika

Remiantis žymiausiais mokslo pasiekimais galima teigti, jog mechanika ir energetika vystėsi lygiagrečiai ir kartu. Todėl šių mokslų junginys yra teisėtas bei pagrįstas. Tik pavadinimas „Energomechanika“ vis dar neįteisintas. Autorius, pateikęs raketų kūrimo pavyzdį mano, jog tai tik vienas iš daugelio atvejų, kur reikalingas glaudus ir efektyvus abiejų minėtų disciplinų bendradarbiavimas.

Jau seniai žinoma, jog be tinkamo kuro negalime sukurti tobulų automobilių, negalime išvystyti didelių greičių. Be plačiai naudojamų naftos degalų, atominio kuro dar nepakankamai išvystytas vandenilino kuro panaudojimas. Jo perspektyvos dėl švarių technologijų ir didelio kaloringumo yra labai didelės. Tik jį naudojant netolimoje ateityje bus galima išspręsti daugelį technikos problemų.

Išvados

1. Remiantis daugiapakopių raketų atsiradimo ir vystymosi idėja pastebima lygiagreti mechanikos ir energetikos plėtotė.

2. Tolesnei mokslo pažangai autorius siūlo vystyti mokslo šaką pavadinimu

,,Energomechanika”.