Denna dag i historia: Robert H. Goddard utför första flygprov av en flytande bränsletraket

2023 Författare: Darleen Leonard | [email protected]. Senast ändrad: 2023-09-25 22:42

Denna dag i historia: 16 mars 1926

På denna dag i historien 1926 utförde Robert Goddard det första flygprovet av en rakett med flytande bränsle i Auburn, Massachusetts. Denna bensin- och flytande syrebränslade raket bränns i ca 20 sekunder innan den lyfts av från marken och därefter stiger till en höjd av 41 fot och når en toppfart på 60 mph. Tyvärr använde kameran Esther Goddard för att filma den första flygningen slut på film innan raket lyckades lämna marken, så det finns ingen video om händelsen som det skulle ha varit.

Goddard skrev följande om denna lansering i sin dagbok:

16 mars. Gick till Auburn med Sachs i am. Esther och Mr. Roope kom ut klockan 1 Försökte raket vid 2.30. Det steg 41 fot och gick 184 fot, i 2,5 sek., Efter att den nedre halvan av munstycket brändes av. Brade material till lab….

Trots att frisättningen drogs, steg inte raketen först, men flammen kom ut, och det var en stadig brum. Efter ett antal sekunder steg det långsamt tills det rensade ramen och sedan vid snabb tåghastighet, som böjde sig över till vänster och slog isen och snön, gick fortfarande i snabb takt.

Goddard hade utfört experiment på flytande eldstäder sedan 1921. Före detta experimenterade han med att använda en ström av snabba eldfasta laddningar, men det visade sig vara opraktiskt, så han bytte till att använda flytande bränsle; något han hade tänkt på i ett papper som han skrev den 2 februari 1909, men inte hade förföljt vid den tiden. Han var äntligen framgångsrikt på att skapa en motor för en bränsle med flytande bränsle 1923 och förbättrats stadigt på konstruktionen, testade den i statiska ställen i ett labb.

Hans initiala flytande raketdesign hade förbränningskammaren vid toppen av raketen med bränsletanken i ryggen, kraftigt värmeskärmad (som du kan se på bilden). Han gjorde det på det här sättet, eftersom han trodde att detta skulle förbättra stabiliteten över att ha dragkraft bakom sig. Efter denna testflygning insåg han att denna design faktiskt inte gjorde raketen stabilare och så modifierade det för att sätta förbränningskammaren bakom raketen, vilket är mer bekvämt. Fem år senare såg hans raketer väldigt mycket som raketer ser idag och han började fokusera på att göra dem mer stabila med hjälp av ett gyroskopiskt styrsystem. Han lyckades snart med att skapa ett sådant styrsystem och den 28 mars 1935 lanserade han sin A-5-raket till en höjd av 4800 ft, samtidigt som man uppnådde supersoniska hastigheter på den flygningen.

Goddards drömmar om att bygga en enhet som någonsin kunde starta en man till månen och bortom började hela vägen tillbaka 1899, samtidigt som han beskärde ett körsbärsträd. Detta är hans konto av händelsen:

På eftermiddagen den 19 oktober 1899 klättrade jag på ett stort körsbärsträd och, beväpnad med en såg som jag fortfarande har och en hatchet, började trimma de döda lemmarna från körsbärsträdet. Det var en av de tysta och färgglada eftermiddagen av ren skönhet som vi har i oktober i New England och när jag tittade mot fälten i öst föreställde jag mig hur underbart det skulle vara att göra en enhet som även hade möjlighet att stiga upp till Mars, och hur det skulle se ut i liten skala, om det skickades upp från ängen till mina fötter … Jag var en annan pojke när jag kom ner från trädet från när jag stigit upp för existens senast verkade mycket avsiktlig.

Han firade senare en personlig semester varje oktober 19, hans "årsdagen". Hans dröm om att använda en raket för att nå månen och bortom fick honom faktiskt ridiculed i media. Detta berodde främst av en publicerad rapport 1920 där han skisserade ett försök att skjuta en raket mot månen och sedan få raketen laddad med blixtpulver som skulle antända när det slog på månen. Detta skulle tillåta människor på jorden med kraftfulla nog teleskop att se blixten och därmed kunna bekräfta raketen gjorde det till månen. Den 13 januari 1920 publicerades dagen efter sin rapport; de New York Times hade följande att säga om det i en redaktionell

Efter att raketen avslutat vår luft och verkligen börjar på sin längre resa kommer den varken att accelereras eller upprätthållas av explosionen av de avgifter som det då kan ha kvar. Att hävda att det skulle vara att neka en grundläggande lag av dynamik, och bara Dr Einstein och hans utvalda dussin, så få och passande, är licensierade att göra det.

Att professor Goddard med sin "stol" i Clark College och ansamlingen av Smithsonian Institutionen vet inte förhållandet mellan handling och reaktion och behovet av att ha något bättre än ett vakuum mot vilket man ska reagera - att säga att det skulle vara absurd. Självklart verkar han bara sakna den kunskap som släcks ut dagligen i gymnasiet.

Det var självklart Times reportern som hade en bristfällig förståelse för fysiken, inte Goddard, som var en fysikprofessor. Faktum är att Guddard hade insett att detta skulle vara möjligt medan han fortfarande var i gymnasiet när han läste Newtons Principia Mathematica och såg att Newtons tredje lag skulle tillåta någonting i rymdvakten att vara navigerbar. Redaktörens uttalande ovan hänvisar visserligen till denna lag, men han inser inte att raketen som sprider sitt bränsle med höga hastigheter ger den "åtgärd och reaktion" som behövs för att ge tryck i ett vakuum.

Goddards svar på denna kritik var ursprungligen inte vetenskapligt alls, helt enkelt, "varje vision är ett skämt tills den första mannen fullbordar den; en gång insåg, blir det vanligt."

År 1924 hade han ett mer vetenskapligt svar. Han publicerade ett papper i Populärvetenskaplig månad där han redogjorde för ett experiment som han just gjort gjort bevisande för de som fortfarande tvivlade på att en raket skulle fungera i vakuum. I detta experiment visade han att raketen faktiskt skulle fungera bättre i vakuum. Specifikt körde han 50 tester av en raket i en kammare som hade 1/1500 normalt atmosfärstryck. Inte bara gav raketen stillhet i denna miljö, men det gav faktiskt 20% mer dragkraft än samma inställning och test som gjordes med normalt atmosfärstryck.

Trots det här avgörande beviset kritiserades han fortfarande på den här tiden av media. Det var inte förrän dagen efter lanseringen av Apollo 11, medan den var på väg till månen, att New York Times publicerade en återgång till sina uttalanden 1920:

Ytterligare undersökningar och experiment har bekräftat Isaac Newtons resultat i 1700-talet och det är nu definitivt uppenbart att en raket kan fungera både i vakuum och i en atmosfär. Tiderna ångrar felet.

Goddard Citat:

Precis som i vetenskaperna har vi lärt oss att vi är för okunniga att säkert uttala något omöjligt, så för individen, eftersom vi inte kan veta precis vad hans begränsningar är, kan vi knappast säga med säkerhet att allting är nödvändigtvis inom eller utom hans grepp. Var och en måste komma ihåg att ingen kan förutse vilka högder av rikedom, berömmelse eller nytta han kan stiga till, förrän han ärligt försökt, och han borde härleda mod från att alla vetenskaper på en gång har varit i samma skick som han, och att det ofta har visat sig sant att drömmen om igår är dagens hopp och morgondagens verklighet. (Uttryck från hans högskola valediktorianska talet "Att ta saker att bevilja", levererad vid 21 års ålder, ha examen sent på grund av sjukdom)

Det är inte enkelt att skilja mellan misslyckade resultat från framgångsrika experiment…. [Mest] arbete som slutligen lyckas är resultatet av en serie misslyckade tester där svårigheter gradvis elimineras.

Bonusfakta:

1951 måste NASA och USA: s armé betala 1 miljon dollar till Goddards änka för att bryta mot Goddards patent i sina egna raketdesigner. Det var då den största patentavvecklingen som regeringen någonsin var tvungen att betala ut. Dessutom var det mycket mer pengar än Guddard själv någonsin gavs till sin raketforskning.
Goddard var inte bara en pionjär av flytande eldrivna raketer, men han var också den första som experimenterade med jonpistoler hela vägen tillbaka 1916 och 1917. Han ville inte använda dessa thrusters för att driva en raket i rymden, men använd hellre dem att driva något när det redan var i rymden. Trots att han inte experimenterade med detta till 1916 tänkte han det bara två år av gymnasiet och nämnde det i en journalpost i 6 september 1906. Sedan dess har denna typ av propeller använts flera gånger i riktiga rymdapplikationer och är även att betrakta för den internationella rymdstationen. Rumstationen använder för närvarande kemiska raketer för att driva sig tillbaka i rätt bana, eftersom atmosfärstryck saktar ner det och gör att det går ner. Detta kostar 210 miljoner dollar per år. Det är tänkt med jon-thrusters, den här kostnaden kan minskas till cirka 11 miljoner dollar per år.
Goddards första raketdesign uppnådde endast en 2% effektivitet, vilket är otroligt låg för en värmemotor. Men han försökte snart använda ett speciellt munstycke till sina raketer, utvecklade av Gustav De Laval för ångmotorer. Detta munstycke ökade Goddards raketeffektivitet till 63%.
Goddards design för att använda det redan nödvändiga flytande syret för att kyla förbränningskammaren innan den används som syretillförsel för raketen används fortfarande för denna dag. Detta är viktigt för att förbränningskammarens fasta material ska brinna upp medan raketen skjuter.
I Goddards 1920-papper publicerad av Smithsonian skisserade han tydligt utformningen av en värmesköld som användes för att återuppta jordens atmosfär vid höga hastigheter. I sin konstruktion skulle lager av något material som tål höga värmer brännas bort när returfartyget nedsteg, med en dålig värmeledare mellan varje lager för att isolera de andra lagren. På detta sätt, med tillräckligt många skikt, skulle det vara möjligt att hålla farkosten från att brinna upp igen.
Goddard hade många hälsoproblem i hela sitt liv, och började när han var ung. Som pojke fick han ständigt ta itu med magproblem, vilket resulterade i att han fortfarande var mycket tunn och smidig. Han drabbades också av olika slag av bronkit och olika förkylningar. Allt detta orsakade att han hamnade i två år bakom andra elever i sin ålder i skolan. Men med all denna tid sjuk i sängen blev han snart en autodidakt, som ofta kollade ut olika fysikvetenskapliga böcker från biblioteket och studerade dem grymt. Som vuxen fortsatte han att vara utsatt för sjukdom, störst efter att ha tagit sin doktorsexamen och gått i anspråk på Princeton, han drog tuberkulos och tvingades lämna Princeton och återvända hem för att återhämta sig.
Goddard dog av cancer den 10 augusti 1945 vid 62 år. Bara 12 år senare den 4 oktober 1957 skulle Sovjetunionen framgångsrikt använda en flytande bränsletraket för att starta ett manskap som gjordes i omlopp, Sputnik 1 ("Satellite 1"). Den 12 april 1961 blev Yuri Gagarin den första människan som lanserades i rymden. En knappt 8 år senare gick Neil Armstrong och Edwin Aldrin, Jr. på månen. Om han fortfarande hade levt, hade Guddard varit 78 år gammal när hans dröm han var så mockad för äntligen uppnåddes.
Raketter uppfanns ursprungligen av kineserna någon gång efter upptäckten av vad som så småningom skulle döpas till krut. Uppfinningen av "svartpulver" var ganska av misstag när alkemister försökte skapa livets Elixir i stället skapade pulvret. Människor är människor, detta leder snabbt till utveckling av olika brandsläckningsanordningar, inklusive raketdrivna eldpilar. Genghis Khan skulle senare stjäla denna teknik från kineserna och använda raketer i erövra delar av Öst- och Centraleuropa. Brittarna började inte använda raketer fram till början av 1800-talet, när de hade raketer som användes mot dem medan de kämpade indiska soldater i slutet av 18th century.
De raketer som användes i Fort McHenry-striden i närheten av Baltimore som inspirerade USA: s folkmord var Congreve-raketer. Congreve raketer uppfanns av Sir William Congreve 1804. Dessa raketer hade ett järnhölje och använde svart pulver för bränsle med explosiva krigshuvud i toppen, ofta utrustade med shrapnel. De fästes på trästolpar och lanserade från metall A-ramar. Dessa raketer var inte fruktansvärda effektiva, ofta exploderande i luften, snarare än på effekten av ett mål. Vidare var de nästan omöjliga att rikta sig exakt. De hade dock ungefär två mils räckvidd och fungerade bra som ett psykologiskt vapen.
Trots många försök att övertyga dem annars var USA: s militär ursprungligen inte intresserad av Goddards raketer, eftersom de inte såg hur de skulle vara användbara. Så småningom kom marinen med Guddard att bygga flytande eldrivna raketer för att hjälpa flygplan att ta fart från fartyg.
Under WWI började Goddard arbeta på en bazooka-liknande enhet som används av militären. Han utvecklade till och med en prototyp av detta lätta infanteri, rekylfritt vapen och demonstrerade det för amerikanska armén. Kriget slutade dock fem dagar efter demonstrationen, så hans uppfinning användes inte vid denna tidpunkt. Under andra världskriget började militären använda raketdrivna granater, som mycket liknar de mönster som Guddard hade kommit upp med över två decennier tidigare. Detta är inte förvånande eftersom denna bazooka utvecklades av en av Goddards kollegor vid Clark University, Dr. C. N. Hickman, som också arbetat med Goddard på WWI-prototypen.
De Laval gjorde inte bara viktiga bidrag till ångmotorer och naturligtvis, oavsiktligt, till raketdesign med munstycket, men skapade också världens första centrifugal mjölkkrämseparator 1894.