Raketový pohon II. díl – Raketový motorDávná minulost: Raketový motor je znám již mnoho století. I když není dosud historicky doloženo, kdy se ho poprvé použilo, je však známo, kde tomu bylo. Ano, kolébkou raketového pohonu byla Čína a obrázek přináší jedno z prvních dochovaných vyobrazení malých raketových motorků, uchycených na šípech, a zvyšujících tak jejich dolet, přibližně z poloviny 13. století.Raketová technika 18. a 19. století: Staletí ubíhala a rakety byly zdokonalovány. Velmi úspěšně si v tomto oboru vedli Indové /vyobrazení vlevo nahoře/, kteří ke konci 18. století měli dokonce pravidelné raketometné sbory. Účinnost jejich raket pocítili doslova „na vlastní kůži“ Angličané při tehdejších kolonizátorských válkách a ti ze získaných zkušeností vytvořili i své rakety /Congrevova raketa z počátku 19. století – vpravo dole/.+36Ruský podíl v 19. a na počátku 20. století: Ruští, zejména dělostřelečtí odborníci se zabývali raketami již dlouho, dokonce dříve než Angličané. Vypracovali řadu konstrukcí raket – my si však uvedeme jeden návrh z osmdesátých let minulého století, v němž bylo poprvé konkrétně navrženo využití raketového pohonu k průzkumu vesmíru. Je to návrh J. Kibalčiče /vlevo/, který jej dokončil několik dní před svou popravou za účast na atentátu na cara v r. 1893. Avšak největší podíl na rozvoji raketové techniky a kosmonautiky vůbec má Konstantin Eduardovič Ciolkovskij /1857–1935/, nazývaný dnes „otcem kosmonautiky“. Vedle mnoha teoretických prací navrhl i raketu s použitím kapalného kyslíku a kapalného vodíku jako pohonných hmot. První náčrtek jeho rakety někdy z roku 1903 je vpravo.Nastupují sovětští odborníci: Význam Ciolkovského netkví jen v jeho vlastní práci, nýbrž také v tom, že vlastně založil „školu“ sovětských raketových odborníků. Z jejich práce pak zákonitě vyplynuly i základy dnešních úspěchů sovětské kosmonautiky. Tito lidé, jež nám dnes připomínají jejich jména jako Cander, Gluško, Duškin, Kondraťuk či jiná, zkonstruovali i vyrobili prvé sovětské kapalinové raketové motory, z nichž jeden /OR-1 v roce 1930/ je zde vyobrazen.A nyní o raketovém motoru: Dosud všechny nynější raketové motory využívají chemické energie pohonných hmot a jejich úkolem je přeměnit co největší část této energie v energii kinetickou-pohybovou. Jak tento úkol je plněn, to nejlépe ukazuje náš obrázek. Z něho lze říci, že zatím tedy odchází velký podíl energie nevyužit pro pohon – zlepšení tohoto stavu je úkolem dnešních konstruktérů.Nejdůležitější charakteristika raketového motoru – tah: Z mnoha hodnot, které charakterizují raketový motor, je nejdůležitější jen jedna – jeho tah. Pod tímto pojmem rozumíme sílu, která žene na základě funkce motoru raketu vpřed /vzpomeňme si na princip akce a reakce, podrobně rozebraný v I. díle/. Čím větší tah je požadován, tím větší je motor – zajímavé přitom je porovnání s velikostí člověka.Nejstarší a přitom nejmodernější motor: Raketový motor používající tuhé pohonné hmoty /TPH/ byl jediným raketovým motorem až někdy do třicátých let našeho století. Potom dostal „konkurenta“ – raketový motor s kapalnými pohonnými hmotami, zkracovanými jako KPH. Ovšem vývoj motoru s THP po roce 1955 přinesl taková zdokonalení a takové výhody, že dnes stojí oba typy vedle sebe jako zcela rovnocenní partneři, tedy převaha kapalinových motorů po druhé světové válce již zmizela. Obrázek nám ukazuje soudobou raketu s motory na TPH a názorně udává podíl raketového motoru v objemu rakety.Řez raketovým motorem s TPH: Raketový motor je podstatně jednodušší než motor kapalinový – o tom nás přesvědčuje i schéma tohoto motoru s jeho nejdůležitějšími částmi.Co jsou tuhé pohonné hmoty /TPH/?: TPH nejsou zázračné látky, nýbrž celkem běžné výrobky chemického průmyslu. Jaké je složení některých TPH, o tom hovoří tato tabulka, kde je zároveň udán i jejich „výkon“ ve vzájemném srovnání.Výroba TPH: Výroba TPH je záležitostí složitou a často i nebezpečnou. Jaké jsou její operace? To za mnoho slov nejlépe poví obrázek.Jak vypadají TPH?: TPH /přesněji je nazýváme: elementy TPH/ mají různý tvar a velikost. Na fotografii vlevo nahoře jsou zachyceny různě velké elementy pro raketové motory menších velikostí. Průřezy elementů TPH /vpravo dole/ jsou různé, a to podle žádané doby hoření, velikosti tahu motoru apod.Dnešní motor s TPH: Dnes již existují raketové motory s TPH v nejrůznějších velikostech, od několika cm dlouhých /pro řízení raket/ až po několik metrů, a dokonce až dvě desítky metrů dlouhé jednotky pro lety do vesmíru byly již zkoušeny. Stejně tak různá je i doba funkce, od zlomků vteřiny až po několik minut.Rakety s motory na TPH: Zdokonalení motoru s TPH vedlo i k jejich zavedení do výzbroje armád. Na tomto snímku je vlevo nahoře baterie tří raket protivzdušné obrany, vlevo dole protitanková raketa a vpravo zdokonalené sovětské Kaťuše.Vojenské rakety: Raket s TPH se používá i proti cílům na zemi /vlevo nahoře/ nebo jako bezpečné obrany proti vysoko letícím letounům /vpravo/.Rakety s TPH pomáhají odstartovat letadla: Ke zkrácení rozjezdové dráhy nebo dokonce pro její úplné odstranění se dnes používá přídavných raketových motorů /obr. vpravo/. Start letadla nepotřebujícího letiště je zachycen vlevo nahoře, zkrácení rozjezdu těžkého bombardéru je jasně vidět z obrázku vlevo dole.Rakety a ponorky: Výhody motoru s TPH umožnily zkonstruovat rakety schopné použití, startu i z ponořených ponorek. Jak taková ponorka s raketami vypadá, je patrno z obrázku dole. Ovšem raket s TPH se používá i na lodích, jako obrany proti letadlům /obr. vpravo nahoře/.Druhý základní typ raketového motoru: Ještě před několika lety soupeř, dnes rovnocenný partner – to je krátká, ale bohatá historie vývoje kapalinových raket. Na obrázku řez typickou raketou s kapalnými pohonnými hmotami /KPH/, z něhož jsou vidět i proporce jednotlivých částí a velikost motoru.Pochody v motoru s KPH: Raketový motor s KPH je složitější než motor s TPH – to je konečně vidět i ze schématu, zachycujícího jednotlivé pochody, fáze, než se získá energie z kapalných pohonných hmot a přemění se v energii pohybovou.První z obou typů kapalinového motoru: Raketové motory s KPH se dělí podle způsobu dopravy KPH do spalovací komory na: motory s dopravou stlačeným plynem a s dopravou čerpadly. Doprava stlačeným plynem /viz obr./ je podstatně jednodušší, ale protože vlastně jde o tlakové nádoby, je motor těžší než u druhého typu. Proto se dnes tohoto způsobu prakticky nepoužívá.Doprava KPH čerpadly: Přes svou složitost je tento způsob dopravy KPH výhodnější a všechny rakety s KPH ho používají. O nárocích třeba na čerpadla si učiníme představu z toho, že u jednoho z největších motorů je potřeba každou vteřinu dopravit do spalovací komory tři tuny pohonných hmot!Řez spalovací komorou motoru s KPH: Spalovací komora motoru s KPH je podstatně menší než u motoru s THP /která slouží i ke skladování TPH/, ovšem zato nádrže na KPH zaujímají značný objem. Pro delší doby funkce je komora chlazena.Kapalné pohonné hmoty /KPH/: KPH se dělí do dvou hlavních skupin, na tzv. monergoly, u nichž není potřeba dvou oddělených nádrží, protože okysličovadlo i palivo se může smísit /nebo je to jediná látka/, a na diergoly, kde palivo i okysličovadlo jsou chovány odděleně /při smíšení se zažehují samovolně, nebo jinak spolu reagují/.Porovnání kapalných pohonných hmot: U KPH stejně jako u TPH se používá různých látek rozdílných vlastností a rozdílného „výkonu“. Pro bližší pohled poslouží názorná tabulka, v níž jsou uvedeny nejznámější kombinace KPH, a to jak monergolů, tak i diergolů.Problém chlazení kapalinového motoru: Zavádění „výkonnějších“ KPH často brání větší tepelné namáhání spalovací komory a trysky motoru. Proto se pozornost konstruktérů obrací k problémům chlazení. Na připojeném obrázku jsou na jednom příkladě shrnuty základní tři typy ochrany před vysokými teplotami: pomocí filmu složky KPH, prosakujícího do chlazeného místa, chlazením stěny motoru protékajícím proudem KPH a konečně tepelně odolnou vrstvou, např. keramického materiálu. Dole je připojen graf přestupu tepla v motoru.Souhrnně o kapalinovém motoru: Dnešní motor s KPH má jak tah, tak i dobu funkce ve velmi širokém rozmezí, a to větším než u motorů s TPH. Obrázek nám řekne více o jednotlivých hodnotách.Porovnání motorů s TPH a s KPH: Na častou otázku, jaký je nyní poměr výhod a nevýhod obou typů motorů, nejlépe nám odpoví kritická tabulka srovnávající klady a zápory těchto raketových motorů.Jak se rakety vyrábějí: Výroba raket, a to i těch největších o váze několika set tun, stala se již sériovou. Na připojené fotomontáži je několik pohledů do továrny zabývající se výrobou velkých raket, jichž se používá jako nosných raket pro umělé družice.Konstrukce raket: Než však začne sériová výroba, je nutno překonat mnoho překážek a provést řadu vývojových prací. Hlavním úkolem konstruktéra je co nejvíce snížit váhu rakety. Jedna z cest vede přes nový způsob konstrukce potahu rakety – pomocí tzv. voštinové konstrukce, jež podstatně snižuje váhu této části ...Jiný problém – konstrukce trysky motoru: Nejvíce tepelně namáhanou součástí rakety je tryska jejího motoru. Na obrázku je jeden způsob výroby trysky bodovým svařováním několika tisíc trubiček z ušlechtilé oceli, způsob sice pracný, ale s dobrým výsledkem.Konstrukční materiály: Hodně se píše a mluví o konstrukčních materiálech – je to opodstatněné, protože pokrok v těchto materiálech znamenal i pokrok v konstrukci raket, a tedy dnešní úspěchy kosmonautiky. Všimněte si s námi vah a cen jednotlivých používaných látek.Slitiny titanu – slitiny moderní doby: Titan je kovem 20. století, i když je znám již déle. Proč? Proto, že vykazuje výborné mechanické vlastnosti i za vyšších teplot a přitom váží díly dvakrát až třikrát méně, než když se použije oceli. Koule na obraze používaná k přechovávání stlačeného plynu na raketě, váží jen 40 % váhy, kterou by měla, kdyby se použilo ocelového plechu.A konečně srovnání konstrukčních materiálů: Zajímavá tabulka nám napoví, proč se některých materiálů používá více než druhých, a též zdůvodní, proč se dnes ještě používá vysoce legovaných slitin.Plastické hmoty v raketové technice: Moderním materiálem, který se stále více uplatňuje pro svou lehkost i odolnost proti nejrůznějším vlivům, staly se plastické hmoty. Dá se jich používat téměř všude /viz obr./, ovšem jejich podíl činí teprve asi 1/10 váhy rakety s TPH.Používá se i grafitu: Na raketě se najdou nejrůznější látky, a to i uhlík – ovšem ve formě grafitu, který dobře odolává proudu plynů o teplotě přes 2000 °C v trysce motoru.Jak se řídí rychlost rakety pomocí motoru: Rychlost rakety je závislá na výtokové rychlosti plynů – proto se tato rychlost musí řídit. Jeden ze způsobů – zasouváním jehly do trysky – je vyobrazen.Raketový motor a směr letu rakety: V téměř absolutním vzduchoprázdnu meziplanetárního prostoru nelze raketu řídit jinak než pomocí motoru. V každém případě je nutno odchýlit proud vytékajících plynů, a to buď vsunutím pomocných „kormidel“, nebo vychýlením trysky, ...... pomocné řídicí motorky: ... anebo se mění směr letu pomocnými řídicími motorky, natáčenými podle povelů z řídicího centra buď na raketě, nebo na zemi.Zkoušky raketových motorů: Před letem rakety je nutno především přezkoušet její jednotlivé části. Zkouška velkého raketového motoru je na obraze vlevo dole, záznamy jednotlivých veličin se registrují v měřicím oddělení /obr. vpravo nahoře/.Konečná zkouška raketového motoru: Konečnou prověrkou všech, kdo se na konstrukci raketového motoru a rakety vůbec podíleli, je zkušební let. Nechť raketa, kterou jsme sledovali od jejího vzniku na konstruktérském rýsovacím prkně až po výrobu a zkoušky, slouží jen k prospěchu lidí, a nikoliv k jejich zmaru!׋›Raketový pohon II. Díl Raketový motorVýrobceDPrahaRok1962Délka40 okénekAutor textuLedvina Milan Inž.PředlohaDOPROznačení5905Další diafilmy výrobceHradecký krajRozhlasPěstování a sklizeň bramborPamátník národního písemnictví
