Fizika Tanuljunk

e-learning ● Az űrkutatás

Naprendszerünk titkait az emberiség az utóbbi évtizedekben nagyszámú űrszondával vizsgálta. Kisfilmünkben ennek a kutatási folyamatnak a legjelentősebb állomásait tekintjük át.

Így kezdődött

Az emberiséget már ősidők óta foglalkoztatja az a kérdés, milyen a minket körülvevő világ, milyenek a bolygók és a csillagok, hogyan lehetne eljutni hozzájuk? Elődeink elképzeléseit a ránk maradt írásos és rajzolt emlékekből ismerhetjük. A mítoszok, melyek a képzeletre, a konkrét tapasztalatokra, a megfigyelések eredményeire támaszkodnak különböző korok, kultúrák emlékei. Vannak asztrális és kozmogónikus mítoszok, előbbiek a csillagképek, csillagok és bolygók kialakulásával foglalkoztak, utóbbiak pedig a Föld történetét tárgyalják.

Az természetes, hogy az ismeretlent, valami ismert dologgal próbáljuk megmagyarázni. Őseink is ezt tették. A vadászó életmódot folytató törzsek állatokhoz kapcsolták a világegyetem kialakulását, felépítését. A szamojédok a világot több égre osztották fel és azt tartották, hogy a csillagok a felettünk elhelyezkedő égbolton növekedő fák gyökerei, melyek átütötték a mi egünket.

A bolygókat is ismerték. A sumér-akhád és antik mitológiában a Mars bolygót vörös színe miatt a háborúval hozták összefüggésbe. (lásd Mars, a háború istene)

Időszámításunk előtt 4 ezer évvel már konkrét asztronómiai ismeretekkel rendelkeztek őseink, és rendszeres megfigyeléseket folytattak. Különösen a Földközi-tenger medencéje körüli kultúrák és a nyugat-európai közösségek csillagászati ismeretei voltak számottevőek. A bolygók, csillagok mozgásának hatásait az emberiség sorsának alakulására vetítették, valamint az egyes emberek életével hozták összefüggésbe (jóslások, jövendölések és horoszkópok kialakulása). A legfőbb megfigyelők a legképzettebb emberek, a papok voltak. Ismereteiket sokszor felhasználták embertársaik befolyásolására saját érdekük és a hatalom védelmében (áradások, nap- és holdfogyatkozások, üstökösök előrejelzése az isteni akarat kifejeződése). A megmaradt asszír táblák, agyaghengerek, a babilóniai szentélyek a stonehenge-i kőoszlopok mind az időszámítás előtti évezredek asztronómiai ismereteinek dokumentumai, képviselői.

Az antik kultúrában a filozófusok, bölcselők (Püthagorasz, Herakleitosz, Platón) a világot a rendezettség, a harmónia megvalósulásaként tisztelték. A ptolemaioszi világkép (a Föld a világmindenség közepe, geoucentrikus világkép) egészen Kopernikusz heliocentrikus (napközéppontú) világmodelljének kidolgozásáig az egyetlen elfogadott magyarázata volt a világegyetem felépítésének. Ehhez az egyház is hozzájárult, mert görcsösen ragaszkodtak a geocentrikus világkép elvéhez, és az inkvizíció eszközeivel próbálta a vallás és saját hatalmát megtartani.

A rakéták megjelenése

A legkezdetlegesebb rakéták már több mint egy évezrede megjelentek a kínai kultúrában, mely akkoriban a legfejletteb technikával bíró kultúra volt. A papok nemcsak a puskaport, hanem az összetömörített lőporral hajtott kezdetleges rakétákat is, melyeket hosszú fapálcával stabilizáltak. Kezdetben tüzijátékként alkalmazták, mint egzszerű látványosság, de később az 1200-as években már a hadi célú alkalmazásukra is sor került.

Az elvet – mely a hatás-ellenhatáson alapul Isaac Newton fogalmazta meg tudományosan 1687-ben – már időszámításunk kezdete körül az alexandriai Herón gyakorlati célokra alkalmazta az eolipil nevű berendezésénél, amikor a felhevített vízgőzt két ellentétes irányítású csövön kiáramoltatva forgó mozgásba hozott egy fémgömböt.

Európában az 1370-es évek táján jelent meg a rakéta Velencében, majd a 18-19. században érkeznek hírek a rakéták harci alkalmazásáról. A magyar hadimérnökök, tüzértisztek az 1848-49-es szabadságharc idején tevékenykedtek legtöbbet a korabeli rakéták (röppentyűk) tökéletesítése érdekében. A szabadságharc leverése után tapasztalait felhasználva Martin Lajos – a Magyar Tudományos Akadémia levelező tagja, a kolozsvári egyetem professzora, majd rektora – foglalkozott a röppentyűk tökéletesítésével, igaz csak elméletben. Kidolgozta a forgásstabilizált rakéták matematikai módszerekkel való meghatározását. Martin további munkássága áttevődőtt a dinamikus repülés területére és a helikopter elődjének, a “lebegő kerék”-nek a kidolgozásával valamint a csűrőfelületeknek a repülőgépek kormányzásában történő alkalmazásával foglalkozott.

Az űrkutatás és az űrhajózás fejlődése elválaszthatatlan a rakéták fejlődésétől. De az akkori rakéták még nem voltak alkalmasak az űrbe jutásra, mivel hajtóanyaguknak levegőre volt szüksége, és a légüres térben így ezek alkalmazhatatlanok voltak.

Az űrrepülés és a képzelet

Az űrrepülés már régóta izgatta az emberiség fantáziáját, csak a technikai színvonal és felszereltség nem volt alkalmas végrehajtására. De a képzeletnek nem szabhatott határt semmi. A legmerészebb változatok szerint madarak segítségével próbáltak repülni. Sok monda szól ezekről, de nem kell messzre mennünk, elég ha csak a magyar népmesékre gondolunk, ahol a szegénylegény griffmadár vagy sárkány hátán repül.

Cyrano de Bergerac szakít a megbízhatatlan állati hajtóművel és a Nap hevétől elpárolgó harmat felhajtóerejében bízik. Egy másik ötlete szerint pedig a mágnesség az, ami segít a felemelkedésben. Ez úgy szól. hogy a vasból készült kocsiban ülve egy jó nagy golyóbis formájú mágens feldobásával a mégnesség elvét felhasználva a mágnes magával rántja a vaskocsit.

A rugós katapulttal való indítás ötlete is felmerült. A leendő űrutazót kocsijával együtt egy óriási, összenyomott rugó repítené ki a Föld vonzásából. Verne Gyula egy “ágyúgolyóba” ültetve lőtte ki regényhőseit a világűrbe.

A 18. század végén a hőlégballonok, majd a hidrogéntöltésű ballonok sikeres légköri repülései ismét új megoldást kínáltak. Edgar Allan Poe hőse hőlégballon segítségével jutott el a Holdra.

Természetesen a mesék elképzelései mellett egyre több és megbízhatóbb tudományos megfigyelés és eredmény született. A 17.században jelentős eredményeket értek el csillagászat és az égi mechanika jelenslgeinek magyarázatában. Galilei távcsövével felfedezte a Jupiter holdjait, Kepler pedig – Tycho Brahe következetes megfigyeléseinek eredményeit felhasználva – kidolgozta a bolygók mozgásának törvényeit. Az évszázad vége felé fogalmazza meg Newton a klasszikus fizika ma is érvényes alaptételeit, közöttük a rakétaelvet, vagyis a hatás-ellenhatás törvényét. Newton állapítja meg a Föld körüli pályán való állandósult mozgáshoz szükséges kezdősebességet (7.9 km/s). Egy évszázad múlva már ismerik a Föld elhagyásához szükséges sebesség nagyságát is, mely 11.2 km/s-nak adódik.

Megkezdődnek a tudományos kutatások

A 19. sz. végén az űrutazásra alkalmas eszközök létrehozásával kapcsolatos első jelentős eredmények – igaz, még csak elméletben – is megszülettek. Évszázadunk elején pedig gyakorlati sikerek igazolták a kísérletezők, a rakétatechnika úttörőinek elképzeléseit. Megépítették az első folyékony hajtóanyagú rakétákat, kidolgozták stabilizálásuk módszereit.

K.E. Ciolkovszkij a rakétatechnika, az űrhajózás elméleti megalapozója. Képletével (Ciolkovszkij-képlet, mely a rakéták adott idópillanatbeli sebességének meghatározását írja le) bebizonyította, hogy az űrhajózásra, az emberek világűrbe juttatására egyedül a rakétaelven működő eszköz alkalmas. 1903-ban vetette fel a folyékony hajtóanyagú rakéták alkalmazásának gondolatát, majd felismerte a többlépcsős rakéták felhasználásának előnyeit.

Foglalkozott az emberek életfeltételeit biztosító rendszerek kidolgozásával és a különböző űrállomások, űrkolóniák létrehozására is készített terveket. Űrállomásain mesterséges gravitáció létesítésével kívánta a személyzetet a súlytalanság hatásaitól mentesíteni.

A rakéták gyakorlati kifejlesztésével a Szovjetunióban, az Egyesült Államokban és Németországban foglalkoztak a legintenzívebben és a legeredményesebben.

Az amerikai Robert Hutching Goddard 1909-től kísérletezett a folyékony üzemanyagú (cseppfolyós hidrogén-oxigén) hajtóanyag kombinációjú rakétamotor kidolgozásával. Veszélyessége és nem kielégítő eredményei miatt egy idő után áttért a folyékony oxigén és gázolaj hajtóanyagra. Az első ilyen üzemanyagot használó, szivattyús hajtóművel ellátott motor próbája 1923-ban zajlott le, a sikeres rakétaindítás 1926. március 16-án volt. 3 év múlva már egy műszerekkel (barométer, hőmérő) felszerelt rakétákat indított sikeresen Goddard. A műszerek ejtőernyő segítségével tértek vissza.

Németországban a rakétatechnika legjelentősebb kutatója Oberth és von Braun voltak. Hermann Oberth erdélyi születésű (Nagyszeben, 1894-1989) fizika-matematika professzor első jelentős tanulmánya 1923-ban jelent meg a rakéták űrutazásra való hasznosításának lehetőségeiről. Ebben jelent meg a Modell B rakéta terve, mely kétlépcsős, folyékony hajtóanyagú rakéta lett volna, de soha nem épült meg.

1927-ben társaival együtt több rakétahajtóművet épített és próbált ki. 1929-ben sikeresen próbáltak ki egy új, az állandó tolóerőt hosszabb időn keresztül megbízhatóan szolgáltató rakétahajtóművet. 1930-tól kezdve a Mirak és Repulsor rakéták fejlesztésével foglalkozott.

A német hadsereg vezetői 1932-től komoly lehetőségeket láttak a folyékony hajtóanyagú rakéták fegyverként való alkalmazásában, s a tehetséges fiatal német kutatót, Wernher von Braunt bízták meg a nagyteljesítményű rakéták létrehozásával. “Sikerüket” bizonyítja a II. világháborúban Londonra irányított egy tonnányi robannóanyaggal ellátott V-2 rakéta. A német hadsereg kapitulációja után a szövetséges hatalmak a munkacsoport tagjait, a tervrajzokat, alkatrészeket összszedték és saját kutatóbázisukra szállították. Így munkájukat ugyanott folytathatták, mint ahol a háború végén Németországban abbamaradt. Von Braun kutatótársaival New Mexicoban, a White Sands-i kísérleti telepen dolgozott. Négy év múlva már elkészült egy kétlépcsős rakéta, mely 1949. február 24-én 393 km magasra emelkedett.

Már 1942-52 között folytattak állatkísérleteket. A Szovjetunióban Pobeda rakétákkal kutyákat juttattak fel 100 km magasságig, az USA-ban pedig Aerobee rakéták segítségével majmokat kb 60 km-ig.

Űrhajózás

A következő lépés pedig már az volt, mikor az ember is eljuthatott az űrbe. Ez pedig már az űrhajózás témakörébe tartozik. Összefoglalótáblázat segítségével mutatjuk be az emberiség korszakalkotó tevékenységét.

Hozzászólás

Ez az oldal az Akismet szolgáltatást használja a spam csökkentésére. Ismerje meg a hozzászólás adatainak feldolgozását .

%d bloggers like this: