Wernher von Braun fantasztikus elképzelése: a Komprakéta

Az egyik legismertebb és talán legikonikusabb űrhajó koncepció tervek Wernher von Braun ötvenes évekbeli űrkutatást népszerűsítő kampányához kapcsolódnak.

1948-ban, az amerikai hadsereg V-2 teszt projektjének befejezésével Wernher Von Braun az elszigetelt Fort Bliss-be került. Szokatlan módon akadt egy kis szabadideje, így azzal foglalta el magát, hogy írt egy Mars-expedícióról szóló regényt. A regényben elképzelt rakétához pedig pontos mérnöki becsléseken alapuló számításokat végzett. Számításait a  regény mellékleteként dokumentálta.

Wernher Von Braun jegyzete 1952-ből.

Maga a regény csak a 21. században jelent meg, de Von Braun a számításokat felhasználta az első űrutazási szimpózium előadásának alapjául, amelyet New York-i Hayden Planetáriumban 1951-ben tartottak. Von Braun elképzeléseit Chesley Bonestell festményeivel illusztrálva, az 1952-ben megjelenő Collier cikksorozatában publikálta.

Collier's magazin borító.

Ezt később 1953-ban kiadták könyvként is a „Across the Space Frontier” címen. A terveket 1956-ban mutatták be a „Mars felfedezése” címen a Walt Disney televíziós sorozatában ami 42 millió amerikaihoz jutotott így el.

 Wernher von Braun (jobbra) és Walt Disney űrhardverrel pózol. Von Braun kezében az 1955-ös Disney komprakéta siklójának modelljével; feje közelében egy kerék alakú űrállomás modelljének része látható.

Részlet a Disney TV sorozatból:

Von Braun koncepcióit ezáltal szélesebb közönség ismerhette meg mint bármely más projektet. Egyetlen másik cikk vagy könyv- és programsorozat sem tett többet az emberes űrutazás gondolatának népszerűsítésért a Szputnyik előtt.

Von Braun tervek. Balról jobbra: A11- 1946; A12; Mars projekt - 1948; Colliers - 1952; Mars - 1956; Szuper Jupiter - 1957;  Saturn I. és a Saturn II a Horizon Project részeként - 1958.
Forrás: Mark Wade

A sorozatban szerplő von Braun rakéta tervek egyre kifinomultabbak és kisebbek lettek. Ezt a rakéta-technológia 1950-es évekbeli gyors fejlődésének tulajdonítható. Von Braun maga, az USA-ban 1962-ben megjelent  „The Mars Project”  mellékletének előszavában hasonlította össze 1948-as tervének teljesítményét a tervezett Saturn rakétával.

Collier's magazin Ferry Rakéta illusztrációja.

 Ez a bejegyzés a továbbiakban csak az egyiket koncepciót vizsgálja meg részletesebben: a háromfokozatú, legénység és rakomány földi pályára szállításra tervezett szárnyas komprakétát, amely az amerikai Collier's  magazinban és az Across the Space Frontier könyvben jelent meg.

A komprakéta első szakasza dob-formájú, széles stabilizáló szárnyakkal, 20 méter átmérőjű és 29 méter magas lett volna. Üresen is 700 tonnát megtankolva pedig 4800 tonnát nyomott volna.

 Ezekkel a paraméterekkel egyedül az első szakasz súlya csaknem kétszer akkora, mint az Apollo Hold-küldetésekre épített háromfokozatú Saturn V rakéta, amely körülbelül 3000 tonnával továbbra is a valaha gyártott legnagyobb, legnehezebb Orbitális képességű rakéta. A második és a harmadik szakasz a komp rakéta teljes tömegét az induláskor óriási 6400 tonnára növelte volna, amelyből a hajtóanyagok 5583 tonnát tettek volna ki.

Wernher von Braun a Disney TV műsorában mutatja be a Ferry Rakéta modelljét.

Az extrém tömeg a rakéta hidrazin-üzemanyag és a salétromsav-oxidálószer miatt alakult ki. Von Braun azért választotta az energikusabb, hatékonyabb kriogén hajtóanyagok helyett, mint például a folyékony hidrogén és a folyékony oxigén, mert jól érthetőek és viszonylag könnyen kezelhetők voltak. Például szobahőmérsékleten tárolhatók forrás és párolgás nélkül.  Az először 1967-ben repült Saturn V első fokozata már folyékony oxigént és kerozint használt.

 Von Braun kalkulációja szerint, az első fokozat 51 hajtóműve, közel 11520 tonnás együttes tolóerővel, mindössze 84 másodperc alatt elhasználta volna a tartályokban lévő 5250 tonna hajtóanyagot; vagyis másodpercenként körülbelül 61 tonnát. Az 1750 tonna tolóerővel rendelkező második szakasz 124 másodperc alatt 6,1 tonna / másodperc alatt fogyasztott volna.

A Komprakéta illusztrációja

 Az első szakasz automata üzemmódban először lassan indult volna, de mire leáll körülbelül 40 kilométeres magasságban, a hat fős személyzet akik biztonsági, védő-gyorsulási kapszulákba voltak bekötve akár kilenc G-s gravitációs gyorsulást is megtapasztalhattak volna.

 A második szakasz "csak" 14 méter magas lett volna. A fokozat száraz tömege mindössze 70 tonna, hajtóanyaggal pedig 700 tonna lett volna. Ez lett volna az egyetlen olyan szakasz, ahol nem voltak nagy uszonyok vagy szárnyak.

A Komprakéta illusztrációja

A szárnyas harmadik szakasz, amelyet a Föld pályájára való eljutásra és onnan való visszatérésre terveztek, az orrtól a farokig 15 méteres, a szárnyfesztáv pedig 52 métert ért volna el. Von Braun a rakéta törzsét egy "tüzérségi lövedékhez" hasonlította. Belső térfogatát két fő térre osztotta: 6,5 méter hosszú hátsó rekesz hajtóanyagok, rakétamotorok, valamint szelepek és szivattyúk számára; és egy 8,5 méter hosszú, 7,5 méter széles elülső rekesz a személyzet és a rakomány számára.

Von Braun jegyzete a rakéta felső-szárnyas visszatérő fokozatáról.

 A második szakasz 64 km-es magasságban történő leválasztása után a harmadik szakasz súlya 78,5 tonna lett volna. Amikor eléri pályájának legmagasabb pontját, hajtóműveivel egy 17 másodperces  "pálya korrekciós manővert" hajtott volna végre. Az adaptációs manőver után 1730 kilométer magas, majdnem kör alakú pályájára állt volna,  két óránként kerülve meg a Földet. 

 Von Braun elkepzelésében a Komprakéta aktiv szállító szerepet kapott volna a másik ambiciózus tervéhez, egy forgó űrállomáshoz.

 A 25 tonnányi rakomány kibocsátása után a harmadik fokozatot 5,2 tonna hajtóanyagot elégetve kezdte volna meg a 14,8 másodperces "Visszatérő manővert" Ezt követően a fokozat súlya mindössze 27 tonnára csökkent volna. Ebből öt tonna lehetett a visszatérő rakomány. Az atmoszférába visszatérése után a sikló harmadik szakasza mindössze 105 kilométeres sebességgel landolt volna egy kifutópályán.

 A személyzet minden tagja önálló mentőkabinnal rendelkezett volna. Forrás: Collier's magazin

Esetleges vészhelyzetben a mentő kapszulák katapultáltak volna a rakétáról, és ejtőernyővel landoltak volna. Forrá: Collier's magazin

Von Braun zsenialitását mutatja, hogy már ekkor kalkulált az újra-felhasználható első fokozattal. Közvetlenül a szétválasztás után az első szakasz egy 66 méter átmérőjű "gyűrű alakú ernyőt" bocsátott volna ki lassítva a visszatérést.  

 A vízre landolás előtti pillanatban pedig kis szilárd hajtóanyagú motorok két másodperces gyújtásával engedték volna az első fokozatot óvatosan a tengerbe, amit egy nagy helyreállító hajó gyüjtött volna be. Von Braun egy speciális "tengeri dokkolót" képzelt el, amely ballaszt tartályait tengervízzel töltötte volna meg, hogy elsüllyedjen, és a dokkoló szakaszát a rakéta első fokozata alá mozgatta volna, majd a tengervizet kiszivattyúzva kiemelte volna a fokozatot. A hajó ekkor egy speciális kikötő felé indult volna, az indítóhely közelében, ahol az első szakaszt ellenőrzik, felújítják és újra-felhasználják.

 

Forrás: Wikipedia, Astronautix, Wired,