Dlaczego rakiety wzlatują do góry? Zasada działania silnika rakietowego jest prosta. Odrzucanie z dyszy silnika gazów do tyłu wytwarza siłę skierowaną do przodu która rakietę napędza.

Stwierdził to kiedyś naukowo Izaak Newton formułując tak zwaną trzecią zasadę dynamiki, że reakcja jest równa akcji i jest skierowana przeciwnie. W rakiecie siła jaką rakieta odrzuca gazy z dyszy do tyłu jest równa sile jaką gazy działają na rakietę pchając ją do jej przodu.

Projekt Meteor zakończony zbudowaniem w Polsce rakiety Meteor-2K zdolnej osiągnąć granicę przestrzeni kosmicznej zrealizowano ponad 40 lat temu.

Pora aby w stylu epoki (właściwie w stylu epoki kilkanaście lat wcześniejszej) wspomnieć tu radzieckiego uczonego. Aby nie narazić się zbytnio licznym na Salonie antyrusom powiem, że będzie o Konstantym Edmundowiczu Ciołkowskim,(fot) – zapomnianym nieco w Polsce, synu Polaka i Tatarki - nauczycielu matematyki i fizyki (1857-1935) – prekursorze, teoretyku lotnictwa i rakietowych lotów kosmicznych oraz praktyku badań aerodynamicznych.

Czuję sympatię do nauczycieli matematyki, znani mi to humaniści o szerokich horyzontach. O jeszcze jednym z nich chciałbym też tu zablogować.

Całkując wynikające z zasad dynamiki Newtona równania ruchu rakiety w 1903 roku Ciołkowski wyprowadził słynny wzór nazwany jego imieniem (z lewej) podający, że przyrost prędkości lotu rakiety jest proporcjonalny do prędkości wypływu gazów z jej dyszy i logarytmu (naturalnego) stosunku masy początkowej rekiety do jej masy po wypaleniu paliwa. Dla uzyskania jak największej sprawności silnika rakietowego  należy dążyć zarówno do zwiększenia stosunku masy paliwa do masy rakiety jak i do zwiększenia prędkości wypływu gazów z dyszy.

Jak uzyskać dużą prędkość wypływu gazów? Każdy kto używał węża wodnego zapewne zauważył, że ściskając go przy wypływie można zwiększyć prędkość wypływającej wody więc rownież jej zasięg.

Jeżeli wypływającym z rury płynem nie jest ciecz aleściśliwygaz, sprawa się komplikuje. Zauważono, że metodą zmniejszania przekroju kanału wylotowego można zwiększyć prędkość wypływu gazu, ale nie bardziej niż do prędkości rozchodzenia się dźwięku w tym gazie.

Na szczęście Gustaw de Laval (1845-1883), szwedzki inżynier i przemysłowiec odkrył, że jeżeli w rurze po miejscu zwężenia, w którym prędkość gazu osiąga prędkość dźwięku zwiększy się jej przekrój, to w części rozszerzającej się gaz osiągnie prędkość naddźwiękową  i będzie dalej ją zwiększać. Kształt ten, powszechnie obecnie stosowany w silnikach rakiet i samolotów nazywa się dyszą Lavala. Wykres obok pokazuje, że po przejściu przez dyszę Lavala prędkość gazu wzrasta do naddźwiekowej, a jego temperatura(T) i ciśnienie(P) spada.

W rakiecie Meteor-1 ładunek stałego paliwa silnika, pierwotnie z masy prochowej R-2, a później z masy R-18 (prochy nitroglicerynowe) miał kształt walca z otworem wewnętrznym w formie gwiazdy o takich wymiarach, żeby zachować podczas pracy silnika stałą powierzchnię spalania.

Spalanie ładunku następowało od wewnątrz. Ładunek 18 kg paliwa wklejano do silnika od strony dyszy. Zapłonnik był wykonany z prochu dymnego i wsunięty do dyszy silnika. Palący się zapłonnik zapalał główny ładunek paliwowy i powodował start rakiety. Masa paliwa (18kg) stanowiła 50% masy całej rakiety(36kg). Prędkość wypływu gazów z dyszy wynosiła blisko 2000m/s
. Z wzoru Ciołkowskiego wynika,że przy starcie z nieruchomej wyrzutni w końcu pracy silnika prędkość rakiety teoretycznie powinna wynosić 1380m/s. W praktyce na skutek oporów powietrza wynosiła mniej, bo około 1190m/s.
(Na fotografii z lewej start rakiety Meteor-1, u góry widoczny jest cienki - ok. 50mm średnicy grot dolatujący na wysokość 35-37km)

Umieszczenie ładunku dipoli w ciężkim ale o małej średnicy grocie oraz odrzucenie wypalonego pustego silnika miało na celu minimalizowanie strat na pokonywanie oporu gęstej atmosfery. Pomimo tego pokonywanie oporu powietrza odbierało grotowi aż 60% jego energii kinetycznej.

Próby rakiet meteorologicznych serii Meteor zespół Instytutu Lotnictwa wspomagany specjalistami z PIHM i Wojska początkowo dokonywał na poligonie Instytutu Uzbrojenia w Zielonce potem na terenach wojskowych koło Ustki.

Dla prób rakiety Meteor-2 w 1966 roku wykonano na starym poniemieckim stanowisku do badania rakiet ulokowanym na Mierzei Łebskiej stałą Bazę do przeprowadzania prób (fot. widok z wierzchołka pobliskiej wydmy). Bazę przygotowała Katedra budowy lotnisk PW. Pomiary punktów poligonowych względem wyrzutni mającej współrzędne geograficzne długość:E17º29'26" i szerokość: N54º45'17" wykonała Katedra geodezji stosowanej PW.

 Nie sposób wymienić nazwiska i zasługi wszystkich z Zakładu Konstrukcji Specjalnych i z innych zakładów ILotu, z zespołu PIHM oraz oficerów wojska współpracujących z nami podczas prób.

Mgr inż Ryszard (Rynio) Lewandowski(L) kierował próbami w locie Meteora-1. W temacie Meteor-2 razem dwiema matematyczkami z UW opracował program obliczający dynamikę lotu rakiety, który stanowił podstawowe narzędzie prac obliczeniowych. Algorytm Mersona do całkowania równań ruchu użyty w tym programie Almanzor na swoim laptopie używa do dziś dla obliczeń torów ciał orbitujących w Układzie słonecznym.

Laboratorium mechanicznym oraz logistyką prób i techniką łączności kierował inż. J.Grodzicki (fot. prawa) Oprócz inżynierów, w skład zespołu wchodzili również technicy Niestety, nie mogę ich wszystkich wymienić z nazwiska, gdyż panowała wśród nich duża rotacja. Pamiętam Danutę Darowską w naszej pracowni oraz techników Tadeusza Andrzejewskiego, J. Ryske, Franciszka Studzińskiego.

Każdy z uczestniczących w programie budowy polskich rakiet badawczych pełnił swoją własną rolę. Miał coś konkretnego do wykonania w przygotowywaniu rakiet, podczas prób i po próbach. Każdy robił coś innego, zapamiętał coś innego i czuł coś innego, ale przeżycie zarówno klęsk jak i sukcesów chyba wszyscy mieliśmy podobne a jednych i drugich nam nie brakowało. 

Autor jest przekonany, że podobnie jak on, tak każda z osób uczestniczących w realizacji programu budowy rakiet Meteor uważa swój udział w tym programie za istotny. I słusznie!

Dostałem jeden komentarz do wystawionego rano tekstu.