Księżyc Zatoką Perską przyszłości? 

We wpisie Janusowe oblicze Księżyca poruszyłem temat „ciemnej” strony Księżyca, jakże innej od tej „jasnej”. Nasza fascynacja Księżycem nie mija. Po zakończeniu cyklu misji Apollo i dziesięcioleciach posuchy w eksploracji tego globu, widzimy powrót zainteresowania Księżycem. Przyczyn jest kilka. Oprócz naturalnej, naukowej ciekawości i poszukiwania odpowiedzi na pytania dotyczące genezy Księżyca, zainteresowano się też aspektem praktycznym, czyli możliwością eksploatacji zasobów helu-3 (3He), stabilnego izotopu helu, mogącego być paliwem w reakcji kontrolowanej syntezy jądrowej. Wprawdzie izotop ten występuje na Ziemi, ale w bardzo niewielkich ilościach, w większości w płaszczu Ziemi (0,1-1 miliona ton). Szacuje się, że źródła gazu ziemnego w Stanach Zjednoczonych mogą łącznie zawierać jedynie pół tony 3He. Dodatkowo kolejne 1200 ton może być zawarte w cząstkach pyłu międzyplanetarnego osadzonego na dnie oceanów. Jednak ekstrakcja helu-3 z tych źródeł zużyłaby więcej energii niż może wyzwolić synteza termojądrowa przeprowadzona z jego wykorzystaniem. 

Hel-3 jest nuklidem pierwotnym, pierwotną materią kosmiczną, z której powstawała Ziemia. Jest produktem reakcji termojądrowych zachodzących w gwiazdach, wyrzucanym w przestrzeń kosmiczną i wchodzącym w skład ośrodków międzygwiazdowych (ISM – Interstellar Medium), o których pisze Mirosław Dworniczak w tekście Organiczne odpadki z fabryki gwiazd – część 2. Jest też wyrzucany ze Słońca w trakcie jego „normalnej pracy”, osiadając na planetach i księżycach Układu Słonecznego. I ten właśnie, zawarty w skałach księżycowych hel-3, budzi tak wielkie zainteresowanie, zwłaszcza ten z ciemnej jego strony, gdzie jest go po prostu więcej. 

Aż chciałoby się powiedzieć z syntezy termojądrowej powstałeś, do syntezy termojądrowej powrócisz. Hel-3 powstaje w wyniku burzliwych przemian we wnętrzach gwiazd i może kończyć swój żywot w podobnej reakcji. Nie bez kozery napisałem „kończyć”, bo w wyniku połączenia jądra deuteru z jądrem helu-3 powstaje coś zupełnie innego: zwykły hel-4 i jeden swobodny proton. I niebagatelna ilość energii, bo 18,3 MeV (z jednego aktu syntezy). Reakcja alternatywna, czyli połączenie dwóch jąder helu-3 daje w efekcie jedno jądro helu-4, dwa protony i 12,86 MeV energii. Dużo? Dużo, bo wyzwolona energia termiczna (foton) jest równoważnikiem różnicy mas nukleonów po obu stronach tego równania. Na Ryc.1 przedstawiona jest schematycznie pierwsza z wymienionych reakcji. 

Dlaczego synteza z wykorzystaniem helu-3 jest tak atrakcyjna? Powód jest prosty – reakcja tego typu jest ekologicznie „czysta”. W odróżnieniu od klasycznej reakcji syntezy deuteru i trytu nie powstają w jej wyniku wysokoenergetyczne neutrony. Neutronów, obojętnych elektrycznie, nie można tak łatwo powstrzymać, a dodatnie protony są podatne na pole elektryczne i magnetyczne. Synteza helowa jest czysta ekologicznie, zarówno jeśli chodzi o substraty jak i produkty reakcji. Warto dodać, że teoretycznie możliwe jest także wykorzystanie energii pędu wyzwolonego protonu poruszającego się w silnym polu magnetycznym. Warto dodać, że ekologiczność tej syntezy to na razie tylko teoretyczne spekulacje ponieważ reakcja D+3He wymaga dużo wyższych temperatur niż reakcja DT (deuter+tryt), a w związku z tym mogą zajść inne reakcje indukujące radioaktywność w otoczeniu reaktora.

Ryc. 1. Reakcja syntezy jądrowej z wykorzystaniem helu-3 i deuteru. Źródło: https://science.howstuffworks.com

Wyścig na Księżyc na dobre rozpoczął się w 2018 roku, kiedy chiński łazik księżycowy Yutu-2 (Jadeitowy Królik) w ramach misji Chang’e-4 rozpoczął badania skał księżycowych po jego „ciemnej” stronie. Następna misja Chang’e-5 wróciła z Księżyca z próbkami regolitu pobranymi z powierzchni Księżyca i 2,5-metrowych odwiertów, między innymi z minerałem Changesite-(Y), zawierającym hel-3. Planowane są już następne misje, coraz bardziej ambitne, o numerach 6, 7 i 8, a zwieńczeniem programu ma być budowa bazy księżycowej. Najbliższa wyprawa Chang’e-6 ma przywieźć na Ziemię skały z niewidocznej strony Księżyca, co ma także duże znaczenie stricte naukowe, gdyż umożliwi wyjaśnienie prawdopodobnych różnic geologicznych (a może selenologicznych?) między jasną i ciemną stroną Księżyca.

Ryc. 2. Lądownik sondy Chang’e-5. Źródło: https://www.national-geographic.pl/artykul/chiny-sonda-change-5-jest-w-drodze-zeby-zebrac-najmlodsze-fragmenty-ksiezyca

Amerykanie też mają plany podboju Księżyca. Program Artemis, którego częścią ma być misja Artemis II, to misja załogowa mająca na celu okrążenie Księżyca i powrót na Ziemię. Jest (będzie) to wydarzenie symboliczne, powrót na Księżyc po kilkudziesięciu latach nieobecności. O misji Artemis II pisała w 2022 roku Tatiana Pandora Saternus we wpisie Powrót na Księżyc: załoga Artemis II. W międzyczasie (styczeń 2024) NASA przesunęła datę startu z listopada 2024 na bliżej nie określony termin, nie wcześniej niż we wrześniu 2025. 

Pierwsza indyjska sonda księżycowa Chandrayaan-1, należąca do Indyjskiej Organizacji Badań Kosmicznych, wystrzelona w październiku 2008 r., miała za zadanie stworzenie pełnej mapy składu chemicznego powierzchni i trójwymiarowej topografii Księżyca. Nieoficjalnie mówi się o mapie powierzchni Księżyca pod kątem minerałów zawierających hel-3. Z powodu problemów technicznych misja (planowana na dwa lata) została przerwana po niecałym roku działalności.

Jak widać Księżyc z roku na rok stał się bardzo interesującym obiektem badań, po raz pierwszy w historii motywowanych bardziej względami gospodarczymi niż czystą naukową ciekawością. 

Hel-3 został po raz pierwszy wyizolowany w 1939 roku przez Luisa Alvareza i Roberta Cornoga. Z początku uważano, że jest radioaktywny, do czasu aż odkryto go w próbkach naturalnego helu pochodzących z atmosfery i głębokich odwiertów. Ciekawostką jest różna klasyfikacja 3He i 4He z punktu widzenia mechaniki kwantowej. Hel-4 mając dwa protony, dwa neutrony i dwa elektrony ma ogólny spin równy zero, czyli jest bozonem, hel-3 mając o jeden neutron mniej, ma ogólny spin wynoszący 1/2, czyli jest fermionem. Niby ciekawostka, a ma wpływ na temperaturę przejścia w stan nadciekłości, co jest wykorzystywane do uzyskiwania ekstremalnie niskich temperatur. Izotop helu 4He przechodzi w stan nadciekły w temperaturze 2,17 K (około -271oC), 3He staje się nadciekły w temperaturze 2,6 mK, czyli prawie w temperaturze absolutnego zera.

Zastosowanie helu-3 to nie tylko hipotetyczne źródło czystej energii pochodzącej z kontrolowanej reakcji termojądrowej. Izotop ten znajduje już obecnie wiele ciekawych zastosowań. Skąd bierzemy hel-3? Niewielkie jego ilości otrzymuje się z gazu ziemnego, ale większość produkcji (w sumie kilkaset kilogramów) to produkt uboczny przechowywania głowic termojądrowych. Tryt, izotop wodoru o masie atomowej 3, używany w tych głowicach jako paliwo, rozpada się na hel-3 spontanicznie w trakcie przechowywania, a jego obecność zmniejsza moc wybuchową ładunku. Z tego powodu jest wydobywany z głowicy i trafia na rynek. 

Obecne zastosowania helu-3 to:

  • detekcja neutronów,
  • kriogenika, mieszanina helu-4 i helu-3 pozwala uzyskać temperatury rzędu kilku tysięcznych kelwina,
  • poprawienie rozdzielczości obrazowania medycznego MRI, szczególnie w badaniu płuc, gdzie tylko wysoka jakość i rozdzielczość obrazu pozwalają na dokładną diagnostykę,

Renesans zainteresowania Księżycem jest faktem, a misje rozpoznawcze na pewno będą kontynuowane. Badanie skał regolitowych, oprócz korzyści naukowych, przyniesie odpowiedź na wiele pytań ze sfery gospodarczej, dotyczących przede wszystkim zawartości helu-3 i wody w materii księżycowej. Oprócz zagadnień natury naukowej powstaje na naszych oczach nowy obszar działalności człowieka, nieuregulowany prawnie. Nie ma ram prawnych dla prac wydobywczych i eksploatacyjnych, a także dla kwestii własności obiektów kosmicznych. Być może Księżyc uzyska status podobny do statusu Antarktydy. Albo Berlina Zachodniego, podzielonego na strefy wpływów. Podobny, bo co począć z regulacjami dla działalności gospodarczej i nieuchronnymi zniszczeniami natury tego globu? Co powie nauka na zanieczyszczenie i zniszczenia powierzchni Księżyca? Księżyc nie ma atmosfery i każdy ślad przysłowiowej ciężarówki pozostanie tam na wieki wieków. Jest o czym myśleć.

Międzykontynentalne rakiety balistyczne podczas defilady w Moskwie 1964. Thomas Taylor Hammond/Wikimedia Commons

WSPÓLNOTA CZERWIENI cz. 57

Niemieccy specjaliści na wyspie Gorodomlia pracowali pilnie, ale wyglądało na to, że Sowieci nie chcą korzystać z owoców ich działalności. Czy jednak tak było w istocie? A może po prostu Rosja nie może się przyznać do prawdziwego wkładu byłych nazistów w swój sztandarowy przemysł?

Ekipa Gröttrupa, zamknięta na podmokłej, pozbawionej zdrowej wody wyspie Gorodomlia nie była jedyną grupą niemieckich rakietowców, pracującą ku chwale towarzysza Stalina. Wewnątrz tej grupy funkcjonowała ekipa konstruktorów doktora Quessela, zajmująca się projektowaniem nie rakiet balistycznych, ale przeciwlotniczych na bazie nazistowskich Wasserfall i Schmetterling – jednakże bez układów naprowadzania, którymi zajmowali się inni Niemcy z osobnego ośrodka badawczego. O ich działalności nie wiemy praktycznie nic – po prostu genialni sowieccy inżynierowie sami z siebie stworzyli rakiety przeciwlotnicze, nie mając w tej mierze żadnego doświadczenia.

Przeciwlotniczy pocisk rakietowy Henschel Hs.117 “Schmetterling” na wyrzutni. (Wikimedia Commons)

Gdzieś działali jeszcze specjaliści od rakietowej broni przeciwpancernej, od rakiet powietrze-powietrze, a także powietrze-ziemia i powietrze-woda, ale o ich osiągnięciach nikt jeszcze nie odważył się napisać. Bardzo ciekawy jest wątek biura konstrukcyjnego Henschla spod Berlina, które w całości wywieziono do ZSRR – kierowany pocisk przeciwokrętowy Hs-293 mógł być praktycznie od razu wytwarzany na wschodzie, zabrano bowiem absolutnie wszystko z zakładu produkcyjnego; z Nordhausen i innych lokalizacji zabrano kompletne pociski V-1 i części do nich, a także – podobnie jak w przypadku Henschla – zapewne także i specjalistów. W sumie w ZSRR być może pracowało nawet 400 niemieckich ekspertów od rakiet na paliwo ciekłe, stałe i pocisków kierowanych, ale jedyne ślady tej liczby znajdują się w raportach CIA, powstałych w latach 50. po powrocie części Niemców na Zachód. Do owych słabo znanych programów badawczo-rozwojowych powrócę niebawem, ale teraz przyjrzymy się jeszcze raz teamowi Gröttrupa.

Rakiety R-1 i R-2. (Wikimedia Commons)

Korolow podobno raz się przyznał do korzystania z niemieckiego wkładu przy projekcie R-2 – nie ulega jednak wątpliwości, że Niemcy wprowadzali do projektów innowacje, o których myśleli jeszcze w Peenemünde, a on z nich korzystał, szybko uzupełniając braki w wiedzy. Jedną z innowacji była głowica bojowa, która oddzielała się od korpusu rakiety w końcowej fazie lotu – uwolnienie się od ulegającego zniekształceniom korpusu poprawiało celność. Niemcy zaplanowali też wersję dwustopniową rakiety G-1/R-10. Wszystkie wyniki ich prac były zabierane przez Sowietów z Podlipek, a Moskwa przekazywała Gröttrupowi, że z nich nie korzystano. Niemcy pracowali prawdopodobnie także nad projektami R-11 i R-13, a także nad R-15, zleconą przez Stalina hybrydą V-1 i V-2, ale ostatnim kompletnym projektem zespołu z wyspy stała się rakieta G-4, znana również jako R-14. Projekt był tak ważny dla Moskwy, że z Ustinowem przyjechał na wyspę Gorodomlia sam Korolow, normalnie wrogo usposobiony do Niemców, którzy nie tylko wszystkiego go nauczyli, ale także regularnie dostarczali mu wyniki swojej mozolnej pracy. Ten sam Korolow, przypomnę, nienawidził Głuszki, który formalnie odpowiadał za silniki jego rakiet oraz Czełomieja, który przerabiając pociski V-1 budował sobie niszę w sowieckim przemyśle zbrojeniowym. O tym ostatnim jeszcze opowiem.

Porównanie projektu rakiety G-4 (R-14) zespołu niemieckiego z wyspy Gorodomlia z projektem rakiety R-14 Korolowa. Rysunek pochodzi z raportu CIA z roku 1953, stworzył go Konrad Toebe, jeden z współpracowników Helmuta Gröttrupa. (Wikimedia Commons)

G-4 w takiej formie, w jakiej zaprojektował ją zespół Gröttrupa, nie trafiła do produkcji, co wygląda z pozoru na potwierdzenie tezy rosyjskich historyków, że w zasadzie pobyt niemieckich specjalistów rakietowych w ZSRR był niepotrzebny. A jak było naprawdę? W konstrukcji rakiety R-14 znalazło się wiele rozwiązań, które potem zaczęły obowiązywać w całym sowieckim programie budowy rakiet balistycznych: paliwo alkoholowe zastąpiono naftą, cały silnik rakietowy mógł przechylać się o kilka stopni celem zmiany wektora ciągu, stożek na szczycie rakiety miał dokładnie ten sam zoptymalizowany kształt, który Niemcy dopracowali w tunelu aerodynamicznym na wyspie Gorodomlia, między stopniami rakiety znalazły się pierścienie stabilizujące, rakietę dostosowano do odpalania z podziemnych silosów, podobnych koncepcyjnie do tych, które Niemcy zbudowali w czasie wojny na przykład w Mimoyecques… Notabene silniki z niemieckich rakiet przeciwlotniczych Wasserfall produkowano w ZSRR seryjnie i stosowano jako napęd dla kilku typów pocisków.

Pocisk rakietowy R-5M z głowicą termojądrową na stanowisku startowym. (Ministerstwo Obrony Federacji Rosyjskiej/Wikimedia Commons).

Rakieta R-5, projektowana rzekomo przez Korolowa w latach 1951-1952 i testowana w roku 1953, która od 1956 roku w wersji R-5M stała się pierwszym seryjnym sowieckim pociskiem rakietowym z głowicą termojądrową, wywodzi się w prostej linii od hitlerowskiej A-4 – co ciekawe, większość Niemców z sowieckiego programu rakietowego wróciła do Niemiec dopiero w latach 1952-53, a niektórzy podobno dopiero w 1956 roku. Tych rakiet dotyczył tzw. “kryzys kubański”. Dalszym ogniwem rozwojowym sowieckiej balistycznej broni rakietowej była rakieta R-7, zwana “Siemiorką”, która z kolei została fundamentem długiego typoszeregu sowieckich i rosyjskich rakiet (Wostok, Woschod, Sojuz), które de facto produkowane są do dzisiaj. Uważne oko znajdzie w nich ślady oryginalnych pomysłów ekipy z wyspy Gorodomlia.

Typoszereg sowieckich rakiet, wywodzących się z typu R-7. (Wikimedia Commons)

Przypomnijmy, że rozkaz Stalina z roku 1947, nakazujący stworzenie rakiety międzykontynentalnej, był impulsem dla intensyfikacji pracy teamu Gröttrupa. Dekret Rady Ministrów ZSRR z 1953 roku z kolei precyzyjniej opisywał zamówienie na balistyczny pocisk rakietowy z głowicą termojądrową, o zasięgu międzykontynentalnym. Zanim opowiem pokrótce o innych obszarach niemieckiego wkładu w sowiecki program rakietowy, wspomnijmy dalsze losy Helmuta Gröttrupa – człowieka przyzwoitego dla swoich podwładnych i bardzo odważnego w kontaktach z Sowietami. Jak wspominała jego małżonka, na wyspę Gorodomlia pojechał z pierwszą grupą inżynierów ze swojego zespołu, wiedząc, jak straszne zastanie tam warunki, albowiem wierzył, że przełożony nie powinien wysyłać podwładnych w miejsce, przed którym sam się wzbrania.

Sowiecki pocisk balistyczny R-12. (Wikimedia Commons)

Gröttrup wrócił na ziemię niemiecką w roku 1953, przy czym ostatnie lata w ZSRR były trudne – przestał być szefem zespołu, jego miejsce zajęli koledzy chętniej podlizujący się kremlowskim mocodawcom. Gdy uciekł z NRD do Kolonii, był drobiazgowo przesłuchiwany przez CIA i MI6, którym udzielił wyjątkowo wartościowych informacji. Odmówił pracy w amerykańskim programie kosmicznym, za co nagrodzono go brakiem pracy i perspektyw. Ten pomysłowy i ogromnie pracowity człowiek nie poddał się jednak i zaczął w 1954 roku pracę w firmie elektronicznej Lorenz w Pforzheim, gdzie opracował pierwszy w zachodnich Niemczech tranzystorowy system przetwarzania danych. W 1956 roku wraz z Karlem Steinbuchem opracował “Informatik-Anlage”, urządzenie do automatycznego przetwarzania zamówień dla słynnego domu sprzedaży wysyłkowej Quelle – wówczas też dwaj panowie stworzyli termin “Informatik”, który wszedł do praktyki językowej wielu krajów.

Helmut Gröttrup w Bremie w 1958 roku. (Wikimedia Commons)

Później założył własną firmę i nadal działał w dziedzinie automatyzacji i informatyki. W 1966 roku opatentował przełącznik, umożliwiający uruchamianie dystrybutora paliwa przy samodzielnym tankowaniu. Najciekawsze rzeczy zrobił jednak w kolejnych latach. Rok 1967 przyniósł zachodnioniemiecki patent DE1574074 na układ scalony, zatopiony w plastikowym nośniku, umożliwiający odporną na zakłócenia i fałszowanie formę identyfikacji tożsamości. Wraz z dodatkowym patentem DE1574075 z 1971, opisującym bezdotykową łączność indukcyjną, to właśnie Helmut Gröttrup stworzył podwaliny dla istnienia kart identyfikacyjnych RFID (hotelowych, bankowych) oraz łączności urządzeń elektronicznych NFC. Potem zaprojektował i zbudował urządzenie do rozpoznawania banknotów, odróżniające fałszywe od prawdziwych, które trafiło do produkcji. Zatem dziś wchodzimy do biura, skanując kartę identyfikacyjną, zasilamy konto we wpłatomacie, płacimy bezdotykowo za kawę i przesyłamy znajomemu na telefon, znajdujący się obok naszego, zdjęcia z wakacji dzięki niemieckiemu naukowcowi, który pomógł Sowietom zbudować broń rakietową i polecieć w kosmos. Gröttrup odszedł na emeryturę w roku 1980 i zmarł rok później. Warto przypomnieć, że w 1944 roku spędził w więzieniu Gestapo dwa tygodnie po donosie przyjaciółki jednego z kolegów – miał wyrażać defetystyczne poglądy, bo przy kolacji wyraził żal, że w Peenemünde nie projektują statku kosmicznego. W 1945 nie wyjechał do USA, bo nie miał zamiaru zostawić rodziny w Niemczech. Pozostaje fascynującą postacią do dziś.

Prototyp urządzenia do automatycznej kontroli banknotów. (Wikimedia Commons)

Losy niektórych niemieckich naukowców z dziedziny budowy rakiet są skomplikowane i zaskakujące. Na przykład Fritz Karl Preikschat, który w latach 1946-1952 kierował na wyspie Gorodomlia laboratorium wysokich częstotliwości jako podwładny Gröttrupa, został zabrany do ZSRR bez rodziny. Zobaczył ją dopiero po powrocie na ziemię niemiecką, po tym, jak przeszedł z Berlina Wschodniego do sektora amerykańskiego i po przesłuchaniach przez oficerów wywiadu USA i Organizacji Gehlena. Dla Amerykanów opracował 114-stronicowy raport na temat opracowanego przez siebie w ZSRR mikrofalowego systemu kierowania rakietami; na sowieckiej ziemi zaprojektował układ sześciu anten radarowych do śledzenia rakiet, zbudowany w 1960 według jego projektu przez Sowietów, z ośmioma 15-metrowej średnicy antenami, jako obiekt Pluton na Krymie – był wykorzystywany w początkach radzieckiego programu kosmicznego.

Fritz Karl Preikschat w 1970 roku. (Wikimedia Commons)

W latach 1952-54 opatentował drukarkę mozaikową dla telexu, rozwiniętą potem w USA m.in. do postaci przenośnego faksu. Wyemigrował do Stanów Zjednoczonych, gdzie najpierw pracował jako główny naukowiec laboratorium fizyki stosowanej Uniwersytetu Johns Hopkins, tworząc systemy przekaźnikowej łączności satelitarnej. Do 1970 roku zatrudniony był głównie w dziale militarnym Boeinga, gdzie m.in. opracował własny system lądowania samolotów bez widzialności ziemi. Jakby tego było mało, opatentował czujnik wilgotności pulpy drzewnej oraz, w 1982 roku, system odzyskiwania energii w samochodzie elektrycznym podczas hamowania (Toyota Prius z napędem hybrydowym weszła do sprzedaży w USA na miesiąc po wygaśnięciu patentu). Ostatnim projektem Preikschata, który wykonał z synem, był nowatorski mikroskop do badań struktur krystalicznych, stosowany w przemyśle chemicznym.

Dr. Erich Apel. (Bundesarchiv)

Erich Apel był inny. Należy go określić jako cynicznego oportunistę, choć nie jest postacią jednoznaczną. W Peenemünde pracował nad układami hydraulicznymi rakiet. Pod koniec wojny przeniesiono go do Linke-Hoffmann-Werke w Breslau (Wrocławiu), gdzie wytwarzano podzespoły dla V-2, a potem do Kleinbodungen. Podczas operacji Osoawiachim zabrano go do ZSRR wbrew jego woli, ale na miejscu zintegrował się z zespołem Gröttrupa i skutecznie udawał, że został komunistą. Na miejscu poślubił Christę Metzner, córkę przebywającego w ZSRR inżyniera z zakładów lotniczych Arado (co oznacza, że wbrew innym publikacjom ekipa z Arado trafiła do imperium sowieckiego i co wyjaśnia genezę takich samolotów jak Ił-28) i poślubił ją na wyspie Gorodomlia. Po powrocie na teren Niemiec pozostał w NRD i zajmował w strukturach tego marionetkowego państwa coraz wyższe stanowiska, do stanowiska ministra w komisji planowania włącznie (kierowała ona de facto całą gospodarką wschodnich Niemiec). Apel był jednym z towarzyszy, którym Ulbricht nakazał wprowadzenie takich form planowej gospodarki, by obywatele NRD spożywać mogli więcej mięsa i masła niż Niemcy w NRF – oczywiście wizja prześcignięcia przemysłu i dobrobytu Niemiec Zachodnich nosiła cechy totalnej utopii. W 1965 roku Apel zastrzelił się w Moskwie podczas wizyty, której celem było podpisanie nowej umowy gospodarczej z ZSRR.

Rakietowe pociski balistyczne średniego zasięgu R-14, znane w NATO jako SS-5. Kilka typów sowieckich rakiet, być może dla maskirowki, nazwano tym samym skrótem R-14. (Wikimedia Commons)

Jaki jeszcze wkład, poza pracami ekipy Gröttrupa, wnieśli do sowieckiego przemysłu rakietowego niemieccy specjaliści? Zespół Niemców, przywiezionych siłą do ZSRR, pracował w Leningradzie nad projektem “Komet” – chodziło o rakietowy pocisk przeciwokrętowy powietrze-woda. Zbudowano kilka prototypów w różnych wariantach i przebadano je. Zespół zakończył pracę w roku 1951, uważa się jednak, że większość konstrukcji sowieckich pocisków przeciwokrętowych ma korzenie w jego działalności.

Amerykański koncern General Electric produkował po wojnie kopię hitlerowskiej rakiety przeciwlotniczej Wasserfall pod nazwą Hermes A-1. (Wikimedia Commons)

Co najmniej 50 sztuk przeciwlotniczych pocisków rakietowych Schmetterling zbudowali Niemcy po wojnie w Berlinie; zabrano je do ZSRR, gdzie poddano je próbom, podobno zakończonym wynikiem “zadowalającym”. Drugim pociskiem przeciwlotniczym był Wasserfall; próby tych rakiet, powstałych w Podlipkach, prowadzono w latach 1949-1951. Niemcy, jeszcze podczas działań wojennych, zaprojektowali i zbudowali dwa systemy naprowadzania tych rakiet, radarowy i wykorzystujący podczerwień. Obydwa przebadano w ZSRR. Silnik rakiety Wasserfall produkowano seryjnie w ZSRR i stosowano w dwóch podtypach rakiety balistycznej, zaś pierwszy sowiecki pocisk rakietowy ziemia-powietrze, oznaczony przez NATO jako SA-1, nosi znamiona podobieństwa do hitlerowskiej rakiety przeciwlotniczej.

Rakieta ziemia-powietrze S-25, w nomenklaturze NATO SA-1, w muzeum poligonu Kapustin Jar. (Wikimedia Commons)

Ciekawe były prace nad projektem “Messina”, obejmującym sprawdzone w Peenemünde rozwiązania telemetrii – dane z rakiet płynęły do stacji naziemnej 16 kanałami. System ten zrekonstruowano w ZSRR, gdzie, już jako “sowiecki” system Don wyprodukowano w liczbie co najmniej 50 egzemplarzy i stosowano we wczesnej fazie radzieckiego programu rakietowego. Po raz pierwszy niemieckiego systemu telemetrycznego użyto w 1947 roku podczas odpaleń V-2 na poligonie Kapustin Jar.

Bomba kierowana Henschel Hs-293D z naprowadzaniem telewizyjnym. (Wikimedia Commons)

Niemcy w ZSRR pracowali także nad innymi projektami, które miały bezpośredni związek z techniką rakietową. Wśród nich znalazł się system mikrofalowego przesyłu danych w technice multipleksowej, system optycznego śledzenia i sterowania lotem rakiety w środkowej fazie lotu zwany “Burgund”, dwa inne systemy zdalnego sterowania “Mosel” i “Darmstadt”, stół wibracyjny do laboratoryjnych badań odporności elektroniki na wstrząsy, system telewizyjnego kierowania lotem pocisków “Tonne” (w czasie wojny użyty w pociskach Fritz-X i Hs-293), pociski rakietowe obrony wybrzeża i cyfrowy komputer (podobno prototyp uruchomiono w 1953 roku). Budowali dla sowieckich gospodarzy także nowe typy lamp elektronowych, przyrządy pomiarowe do badań rakiet tudzież przyrządy nawigacyjne. Na temat tych obszarów badań wiemy nadal bardzo mało. Szczątkowa wiedza pochodzi z odtajnionych źródeł wywiadowczych.

Władimir Nikołajewicz Czełomiej. (Wikimedia Commons)

Pozostaje jeszcze OKB-52 Władimira Nikołajewicza Czełomieja. Ten urodzony w Siedlcach, w guberni lubelskiej, w 1914 roku Ukrainiec, zdobył dyplom inżyniera w Kijowie i w 1944 roku, nie wiadomo dlaczego, akurat jemu zlecono odtworzenie z egzemplarzy V-1, znalezionych na zajmowanych przez Armię Czerwoną ziem polskich, identycznego pocisku i przygotowanie go do produkcji. Co najkomiczniejsze, jego oficjalne biografie, pełne luk i niespójne, nadal twierdzą, że to on “wynalazł” odrzutowy silnik pulsacyjny. To oczywiście totalna bzdura, koncepcje takiego silnika pojawiały się już w XIX wieku, zaś patent na użyteczny silnik pulsacyjny uzyskał niemiecki inżynier Paul Schmidt już w 1930 roku. Czełomiej jednak, podobnie jak Korolow i Głuszko, znajduje się w putinowskim panteonie rakietowych świętych, zatem nikt głośno nie powie, że jego pocisk Ch-10 to po prostu V-1, do którego później dodał drugi silnik pulsacyjny. Żadne źródła nie odważyły się dotąd wspomnieć o tym, że przecież na terenie Niemiec zdobyto liczne pociski V-1, ich elementy składowe, silniki pulsacyjne Argus (choćby w tym samym Nordhausen, z którego zabrano linię produkcyjną V-2), a także pozyskano i zabrano do ZSRR specjalistów, którzy znali tę tematykę i, tak jak grupa Gröttrupa, mogli wyszkolić całe pokolenie sowieckich inżynierów.

Pocisk manewrujący Czełomieja Ch-16 Priboj. (Wikimedia Commons)

Fakty są takie, że dziwnym zbiegiem okoliczności znaczenie Czełomieja wzrosło wtedy, gdy przebywał w Niemczech tuż po zakończeniu wojny, niewątpliwie zbierając dokumentację, sprzęt i ludzi – choć oficjalnie wszystko osiągnął samodzielnie. Jest zwyczajnie niemożliwe, aby jego biuro konstrukcyjne, pełne niemieckiego sprzętu, niemieckich pocisków i niemieckich podzespołów jako jedyne w ZSRR nie skorzystało z tysięcy ludzi, przywiezionych pociągami w eskorcie wiernych Stalinowi czekistów.

Pocisk Ch-16 podczas prób. (Wikimedia Commons)

Czełomiej stał się konkurentem Korolowa w wyścigu o względy władzy na Kremlu. Skrzętnie wykorzystał nienawiść Korolowa do donosiciela Głuszki i częściowo wygrał współzawodnictwo dotyczące budowy rakiety, mającej zabrać kosmonautów na Księżyc. W tym celu nawet zatrudnił syna Chruszczowa. Biuro Czełomieja skonstruowało liczne balistyczne pociski bojowe, pociski samosterujące, rakietowe pociski bojowe dla okrętów podwodnych i nawodnych, satelitarny system niszczenia obcych satelitów, samoloty/promy kosmiczne oraz kilka typów rakiet-nosicieli satelitów tudzież kosmiczną stację orbitalną. Można wierzyć, że z podlizującego się przełożonym, pozbawionego znaczenia inżyniera z lat 40. nagle stał się czołową postacią radzieckiego programu rakietowego i kosmicznego dzięki własnemu geniuszowi, ale logika na to nie wskazuje.

Znaczek pocztowy, upamiętniający Czełomieja. (Wikimedia Commons)

Oficjalna historia ZSRR nadal prześlizguje się po udziale hitlerowskich specjalistów w budowie przemysłu rakietowego i kosmicznego, umniejszając ich osiągnięcia i pomijając fakt, że wyszkolili setki, jeśli nie tysiące sowieckich specjalistów, którzy mogli dzięki temu unieść ciężar pracy w tej dziedzinie. Najlepszym dowodem na to, jak ważny był wkład Niemców, jest kariera Dmitrija Ustinowa, sowieckiego inżyniera, generała (potem marszałka), odpowiedzialnego za program rakietowy Stalina. Ustinowowi podlegały wszystkie aspekty projektowania, badania i produkcji rakiet bojowych. Gdyby utrzymywanie do 1953 roku w ZSRR pokaźnego kontyngentu Niemców miało rzeczywiście tak nikłe znaczenie, gdyby rzeczywiście okazali się oni bezużyteczni, Ustinow zostałby rozstrzelany – a przecież jego awansowano. Stał się jednym z najbardziej wpływowych ludzi w Związku Sowieckim, a ministrem obrony ZSRR u boku Breżniewa pozostał aż do swojej śmierci w 1984 roku.

Ustinow z Breżniewem. (Wikimedia Commons)

Putinowska Rosja wciąż chwali się rzekomo niezależnie stworzonym przemysłem rakietowo-kosmicznym, umacniając solidny, propagandowy mit. Nie zmienia to faktu, że słynny “Scud”, czyli pocisk rakietowy R-17, tak chętnie używany i rozwijany przez Irak, Iran, Huti w Jemenie, Chiny czy Koreę Północną to nadal wersja rozwojowa poczciwej V-2 z Peenemünde. Przed śladami niemieckimi w sowieckiej technice rakietowej uciec się bowiem nie da.

Odpalenie pocisku Scud przez armię egipską. (Wikimedia Commons)

cdn.

Nie tylko grawastary, czyli Kosmiczne Jajo i inne teorie 

Każda epoka ma swego idola,
Każdej epoce przyświeca jakaś gwiazda
Nasza epoka też ma komu śpiewać “Sto lat!”
No bo jak każda, to każda
W naszej epoce króluje jedna postać
Jedna jedyna, jak samotny pień akacji
W naszej epoce przecież każdy chciałby zostać
Kolegą Kierownikiem Redakcji!

W każdej epoce istniała wizja Świata jako całości, adekwatna do ambicji i możliwości uczonych. W staroindyjskich Wedach, a właściwie w dziełach okołowedyjskich, przekazujących wiedzę w postaci skondensowanej (1. tysiąclecie p.n.e.) opisywano filozoficzny i fizyczny model Wszechświata stworzonego przez Mahawisznu, w którym Brahma tworzy Brahmandę, „kosmiczne jajo”, cyklicznie ewoluujące, bardzo w sumie podobnie do współczesnych teorii kosmologicznych. W Dziesiątym Hymnie Rygwedy możemy przeczytać (usłyszeć): “Na początku nie było bytu ani niebytu […] To Jedno oddychało, własną mocą, bez powietrza. Nic prócz Niego nie było. […] Wcześniej zrodziło się w Nim pragnienie“.

Interpretacja wiedzy wywodzącej się z ksiąg wedyjskich (weda = wiedza), przy pewnym wysiłku umysłowym może prowadzić do zaawansowanych koncepcji kosmologicznych lansowanych obecnie: wieloświata, wszechświatów bąbelkowych, dziesięciu wymiarów przestrzeni, strun, ekspansji Wszechświata itp. Oczywiście jest to interpretacja ukierunkowana i tendencyjna, ale świadczy o nieograniczonej wyobraźni filozofów i otwartości samej filozofii. Taka jest moc umysłów nieskrępowanych okowami religii.

Ryc. 1. Jajo orfickie. W tradycji orfickiej jajo kosmiczne, z którego narodziło się pierwotne hermafrodytyczne bóstwo Fanes-Protogonos utożsamiane niekiedy z Zeusem bądź Erosem. Licencja: Public Domain, Wikipedia

Zacznijmy od Greków. Pierwsze wizje Wszechświata pochodzą od filozofów przedsokratejskich (sofistów), którzy skupiali się na filozofii przyrody, jej strukturze i budowie. Tales z Miletu, Heraklit, Anaksymander i Anaksymenes ze szkoły milezyjskiej poszukiwali odpowiedzi na pytanie o pratworzywo świata, nazywane przez nich arché, czyli praźródło wszystkich bytów tworzące physis, czyli świat. Każdy z nich upatrywał praźródło w czym innym: Tales w wodzie, Anaksymander w bezkresie (apeiron), Anaksymenes w powietrzu, a Heraklit z Efezu – w ogniu. Oczywiście nie brakowało filozofów o odmiennych poglądach, każda przecież filozofia powinna być oryginalna. Pluraliści łączyli więcej niż jedno źródło jako mityczne pratworzywo, wprowadzono pojęcie przemiany jednej substancji w drugą oraz łączenie substancji, w wyniku którego powstawały substancje pochodne, inne jakościowo od użytych składników. Znana jest przełomowa wizja żywiołów Empedoklesa, definiująca cztery podstawowe elementy (żywioły): wodę, ogień, powietrze i ziemię, syntetyzująca przemyślenia Talesa, Anaksymenesa, Heraklita i Ksenofanesa. Z żywiołów, w wyniku mechanicznego mieszania i łączenia mogły powstawać różnorodne byty znanego nam świata rzeczywistego. 

Matematyczną strukturę przyrody zaproponował Pitagoras, a jego uczniowie twórczo tę koncepcję rozwijali. Zasługą pitagorejczyków był też rozwój matematyki i astronomii jako odrębnych nauk. W swoich rozważaniach posunęli się do stwierdzenia, że wszystko jest liczbą, a każdemu bytowi można przyporządkować odrębną liczbę, na przykład wagę albo długość. Pogląd ten jest podstawą współczesnej zmatematyzowanej nauki. Pogląd pitagorejczyków na budowę Wszechświata bazował na przeciwieństwach (ograniczone/nieograniczone, parzyste/nieparzyste, męskie/żeńskie) zbudowanych z niepoznawalnego składnika elementarnego. Pogląd ten posiadał cechy religii i prowadził do istnienia jednego Boga. Pitagorejski Wszechświat w pojęciu astronomicznym zawierał w swoim środku ogień, a Ziemia była jedną z wielu gwiazd okrążających ten ogień; był pirocentryczny. Koncepcja kulistości Ziemi, jak również istnienia eteru wypełniającego przestrzeń kosmiczną jest także „wymysłem” pitagorejczyków.

Ryc. 2. Pitagoras – rzeźba w muzeum na Kapitolu. Licencja CC BY-SA 4.0 (Galilea, Wikipedia)

Należy też wspomnieć o eleatach, filozofach z Elei (pamiętacie Zenona?), którzy zajmowali się bytem. Motto eleatów brzmi: „Byt jest, a niebytu nie ma” i brzmi nieco dziecinnie. Nie ma w tym jednak nic śmiesznego, Eleacki byt posiadał ważne atrybuty: wieczność, ciągłość, nieruchomość, niepodzielność i niezmienność, na kanwie których rozwijała się ta ponadczasowa filozofia. Eleaci głosili, że ruch i wielość nie istnieją, a zmienność jest tylko skutkiem doświadczenia zmysłowego, które nas oszukuje. Prawda o bycie może być uzyskana wyłącznie na podstawie dociekań rozumowych. Filozofia ta wydaje się intelektualną zabawą i wynajdywaniem paradoksów, ale z czego był w końcu znany Zenon z Elei? Z paradoksów.

Skoro jesteśmy przy budowie materii, warto wspomnieć o atomistach, To oni stworzyli (oczywiście myślowo) umieszczone w próżni atomy, niepodzielne cegiełki budulcowe materii. Atomy atomistów miały różne właściwości, zależne od kształtu, były różnie uporządkowane i poruszały się z różnymi prędkościami.

Jak widać filozofowie starożytni, w odróżnieniu od wspomnianych myślicieli indyjskich, nie poruszali kwestii, jak długo Wszechświat istnieje, czy się rozwija czy „zwija”. Wszechświat Starożytnych był wieczny. 

W odróżnieniu od wizji starożytnej Wszechświat średniowieczny wieczny nie był. Podstawą takiego poglądu była religia, a właściwie religie o rodowodzie abrahamowym: chrześcijaństwo, islam i judaizm, w których świat został stworzony przez Boga. Na podstawie niemożliwość istnienia aktualnej nieskończoności żydowscy i arabscy filozofowie Saadja ben Josef, Al-Kindi i Al-Ghazali wykazali, że istnienie świata bez początku jest nielogiczne. Pogląd ten został zaakceptowany przez filozofów i teologów chrześcijańskich. 

Współczesne poglądy na Wszechświat opierają się na badaniach i modelach kosmologicznych.

Warto też prześledzić ewolucję modeli astronomicznych budowy Wszechświata. Najstarszy z nich – sumeryjski, przedstawiał płaską Ziemię unoszącą się na oceanie. Wizja ta była kontynuowana przez wczesnych filozofów greckich, była prosta, trafiała do wyobraźni i nie wymagała żadnych dowodów empirycznych. Jednak rozwój nauki i czynione obserwacje spowodowały, że model astronomicznych ulegał ewolucji. Eudoksos z Knidos zaproponował, że Wszechświat jest nieskończony w przestrzeni i w czasie, a Ziemia ma kształt kuli i jest umieszczona w jego centrum. Wizja Eudoksosa została przyjęta niemal bez poprawek przez Arystotelesa, a po uściśleniu przez Ptolemeusza obowiązywała przez półtora tysiąclecia jako oficjalna wykładnia nauki na ten temat. Popularność i niewzruszalność teorii geocentrycznej wynikała z dobrej zgodności przewidywań opartych na obliczeniach epicykli z obserwacjami. Dopiero Kopernik … ale o Koperniku może innym razem.

Heliocentryczność teorii Kopernika, jak też wszelka inna -centryczność, to pojęcia umowne, służące jako kolejne przybliżenia rzeczywistego obrazu Wszechświata, w rzeczywistości nie mającego żadnego “centrum” ani “środka”. Współczesne teorie kosmologiczne mają początek w teorii Wielkiego Wybuchu (Big Bang), którego hipotezę jako pierwszy sformułował Aleksandr Friedman. On też stworzył model kosmologiczny Wielkiego Wybuchu. Edwin Hubble i Georges Lemaître opisali rozszerzanie się Wszechświata, a praca Lemaître’a z 1927 roku jest oficjalnie uznawana za początek obowiązywania tej teorii. Fred Hoyle, o którego paradoksie pisałem w Życie w Kosmosie[3]. Wszechświat uszyty na miarę wymyślił nazwę „Wielki Wybuch” i odtąd datuje się nieustanny rozwój tej teorii i jej niezliczonych (przesadziłem) wariantów. Teoria Wielkiego Wybuchu doczekała się potwierdzenia doświadczalnego w postaci reliktowego promieniowania tła. 

Naturalnie tak wielka teoria nie może nie pączkować sub-teoriami. Nie inaczej jest z Wielkim Wybuchem i wieloma nieskończonościami jej towarzyszącymi; nieskończoności są kuszące dla wyobraźni. Nic dziwnego, teoria jest bramą do Absolutu i każdy chciałby zostać jego odkrywcą. 

Część uzupełnień i wariantów tej teorii próbuje podpierać się rzeczywistymi lub prawdopodobnymi obserwacjami. Część jest jednak czystymi spekulacjami lub szczególnymi rozwiązaniami równań Einsteina, jak grawastary, o których napiszę na końcu tego tekstu. Po odfiltrowaniu mało prawdopodobnych rozwiązań wyłania się dość spójny fizycznie obraz początków naszego Wszechświata, którego kluczowym elementem jest faza inflacji, po której następuje klasyczna ekspansja oparta na znanym obecnie zestawie stałych i praw fizycznych oraz cząstek elementarnych. Przed inflacją, a zwłaszcza w pierwszych sekundach (ułamkach sekund) po Wielkim Wybuchu fizyka cząstek i oddziaływań, a nawet geometria przestrzeni mogły być zupełnie inne niż te, na których uprawiamy fizykę klasyczną, a nawet fizykę kwantową. 

Istnienie Wielkiej Osobliwości towarzyszącej momentowi powstania Wszechświata oraz naturalne w tych okolicznościach pytanie „co było wcześniej?” stało się zapalnikiem do snucia teorii omijających ten problem lub nieco go „pudrujących”. O spekulatywnym charakterze tych teorii nie muszę mówić, gdyż doświadczalne ich sprawdzenie jest niemożliwe. Mamy więc wszechświat pulsujący (nieskończenie), mamy erę Plancka w momencie osobliwości, gdzie zachodzą nieznane nam zjawiska kwantowo-grawitacyjne, mamy przekształcenie przestrzeni w sensie liczby jej wymiarów, mamy czas będący lub niebędący wymiarem przestrzennym. Wszystkie te teorie są budowane na zasadzie „bierzemy nieznane i podnosimy do kwadratu”, a ich wartość jest prawie zerowa, poza, oczywiście zawsze pożądaną gimnastyką umysłową. 

W ostatnim czasie modne stało się modelowanie Wszechświata i zjawisk kosmicznych z użyciem ciemnej energii i ciemnej materii. Pisałem o tych hipotetycznych bytach w Ciemna materia, czyli królowa jest naga, oczywiście w tonacji mocno sceptycznej.

Obiecałem grawastary – będą grawastary, zwłaszcza, że teoria grawastarów została sformułowana przez polskiego fizyka Pawła Mazura i stanowi bardzo pożądane polonikum.   

Jedno ze szczególnych rozwiązań równań Einsteina, które stanowią niewyczerpane źródło inspiracji dla fizyków, dopuszcza istnienie dziwnych tworów podobnych do matrioszek umieszczonych jedna w drugiej. Dla przypomnienia, inne rozwiązanie równań Einsteina pozwoliło Karlowi Schwarzschildowi sformułować koncepcję horyzontu zdarzeń i czarnych dziur. O tym tragicznie zmarłym geniuszu pisałem w Splątanie kwantowe, czyli coś, co działa, ale nie wiadomo dlaczego

Paweł Mazur i Emil Mottola zaproponowali alternatywne rozwiązanie równań Einsteina, zgodnie z którym zamiast czarnych dziur powstają bardzo gęste gwiazdy, które nazwano grawastarami. Przewagą grawastarów nad czarnymi dziurami jest brak niemożliwej do analizy osobliwości oraz horyzontu zdarzeń. Pozostałe parametry fizyczne tych obiektów są takie same jak w czarnych dziurach. Osobliwością grawastarów jest ich forma geometryczna. Są to bowiem sfery w sensie matematycznym (bez „środka”) o grubości dążącej do zera. Budulcem grawastaru jest zwykła materia, a nie zdegenerowana, jak w przypadku czarnych dziur. Inne rozwiązania równań Einsteina prowadzą do jeszcze ciekawszych wyników. Są to nestary, konstrukcje składające się z wielu grawastarów umieszczonych jeden w drugim. Jako żywo matrioszka. Jest jednak jeden problem z grawastarami, nie odkryto dotychczas w kosmosie niczego do nich podobnego, ani pasującego do teorii. Czarne dziury i owszem, nawet mamy ich zdjęcia z efektownymi dżetami. A grawastarów ani widu ani słychu. Ale cóż, mamy czas, poczekamy, „czas jest najprostszą rzeczą”, że zacytuję Clifforda D. Simaka.

Ryc. 3. Obraz obiektu Sagittarius A* w centrum naszej galaktyki – obraz z Teleskopu Horyzontu Zdarzeń. Licencja CC BY 4.0 (Event Horizon Telescope)

Każda cywilizacja miała swoją odpowiedź na podstawowe filozoficzne pytanie o porządek wszechświata. Bo wszechświat musi być uporządkowany. Nie bez kozery kosmos [gr. κόσμος (kósmos)] to „porządek, szyk”. Kosmos musi cechować zarówno wszechświat w skali makro jak i mikro. Zadziwia wizjonerstwo starożytnych filozofów indyjskich i greckich. Współczesne teorie nie wnoszą nowych jakości, są zaledwie unowocześnieniem i „unaukowieniem” starych pomysłów. Wspomniane uporządkowanie kosmosu to nieustające próby stworzenia modelu matematycznego Wszechświata, bo matematyka to przecież kwintesencja uporządkowania.

Jakbyście się nie domyślili, to Kierownikiem Redakcji jest oczywiście Mirek Dworniczak, założyciel bloga Eksperyment Myślowy. To o nim śpiewał co tydzień Jacek Fedorowicz w „Sześćdziesiątce” (Trójka, niedziela, godzina 1000).

Kto jest opoką dla swojej epoki
Tego epoka hołubi i przypieszcza
Często przymyka oko na wyskoki
Z obwiesia robi ob. Wieszcza
Kto od epoki opoki dostał etat
Ten dla epoki jest czym szelki są dla spodni
To najmocniejsza w naszym
płocie jest sztacheta
Kolega Redakcji Kierownik!

[Jacek Fedorowicz]