I razzi di oggi sono straordinarie collezioni di ingegnosità umana che hanno il loro radici nella scienza e tecnologia del passato. Sono escrescenze naturali di letteralmente migliaia di anni di sperimentazione e ricerca razzi e propulsione a razzo.
Uno dei primi dispositivi per impiegare con successo i principi del volo a razzo fu un uccello di legno. Un greco di nome Archytas viveva nella città di Tarentum, ora una parte dell'Italia meridionale, intorno al 400 a.C. Archytas ha confuso e divertito i cittadini di Tarentum facendo volare un piccione fatto di legno. Il vapore in fuga ha spinto l'uccello mentre era sospeso su fili. Il piccione ha usato il principio di reazione all'azione, che non è stato dichiarato come a diritto scientifico fino al 17 ° secolo.
Hero of Alexandria, un altro greco, inventò un simile dispositivo simile a un razzo chiamato eolipile circa trecento anni dopo il piccione di Archytas. Anch'esso usava il vapore come gas propulsivo. Hero montò una sfera sopra un bollitore. Un fuoco sotto il bollitore trasformava l'acqua in vapore e il gas viaggiava attraverso i tubi verso la sfera. Due tubi a forma di L sui lati opposti della sfera hanno permesso al gas di fuoriuscire e hanno dato una spinta alla sfera che lo ha fatto ruotare.
Secondo quanto riferito, i cinesi avevano una semplice forma di polvere da sparo prodotta da salnitro, zolfo e polvere di carbone nel primo secolo D.C. Riempirono i tubi di bambù con la miscela e li gettarono nel fuoco per creare esplosioni durante i religiosi festival.
Molto probabilmente alcuni di questi tubi non sono riusciti a esplodere e invece sono usciti dalle fiamme, spinti dai gas e dalle scintille prodotti dalla polvere da sparo in fiamme. I cinesi hanno quindi iniziato a sperimentare i tubi pieni di polvere da sparo. Hanno attaccato i tubi di bambù alle frecce e li hanno lanciati con archi ad un certo punto. Presto scoprirono che questi tubi di polvere da sparo potevano lanciarsi solo grazie all'energia prodotta dal gas in fuga. Il primo vero razzo è nato.
Il primo uso di veri missili come armi è riportato nel 1232. I cinesi e i mongoli erano in guerra tra loro e i cinesi hanno respinto il Invasori mongoli con una raffica di "frecce di fuoco volante" durante la battaglia di Kai-Keng.
Queste frecce di fuoco erano una forma semplice di un razzo a propellente solido. Un tubo, chiuso a un'estremità, conteneva polvere da sparo. L'altra estremità è stata lasciata aperta e il tubo è stato attaccato a un lungo bastone. Quando la polvere fu accesa, la rapida combustione della polvere produsse fuoco, fumo e gas che fuggirono dall'estremità aperta, producendo una spinta. Il bastone fungeva da semplice sistema di guida che teneva il razzo diretto in una direzione generale mentre volava in aria.
Non è chiaro quanto siano efficaci queste frecce di fuoco volante come armi di distruzione, ma i loro effetti psicologici sui mongoli devono essere stati formidabili.
In Inghilterra, un monaco di nome Roger Bacon lavorò su forme migliorate di polvere da sparo che aumentarono notevolmente la gamma di razzi.
In Francia, Jean Froissart scoprì che si potevano ottenere voli più precisi lanciando razzi attraverso i tubi. L'idea di Froissart fu il precursore del moderno bazooka.
I razzi caddero in disgrazia come armi da guerra nel XVI secolo, sebbene fossero ancora usati fuochi d'artificio visualizzata. Johann Schmidlap, un produttore di fuochi d'artificio tedesco, ha inventato il "razzo a gradini", un veicolo a più fasi per il sollevamento di fuochi d'artificio ad altitudini più elevate. Un grande razzo del primo stadio portava un piccolo razzo del secondo stadio. Quando il grande razzo si esaurì, quello più piccolo continuò a un'altitudine più alta prima di inondare il cielo di cenere incandescente. L'idea di Schmidlap è alla base di tutti i missili che oggi vanno nello spazio.
Un funzionario cinese meno conosciuto di nome Wan-Hu ha introdotto i razzi come mezzo di trasporto. Ha assemblato una sedia volante alimentata a razzo con l'aiuto di molti assistenti, attaccando due aquiloni di grandi dimensioni alla sedia e 47 razzi freccia di fuoco agli aquiloni.
Wan-Hu si sedette sulla sedia il giorno del volo e diede il comando di accendere i razzi. Quarantasette assistenti missilistici, ciascuno armato della propria torcia, si precipitarono in avanti per accendere le micce. Ci fu un tremendo ruggito accompagnato da nuvole di fumo fluttuanti. Quando il fumo si diradò, Wan-Hu e la sua sedia volante scomparvero. Nessuno sa con certezza cosa sia successo a Wan-Hu, ma è probabile che lui e la sua sedia siano stati fatti a pezzi perché le frecce di fuoco potevano esplodere come volare.
Le basi scientifiche per i moderni viaggi nello spazio sono state stabilite dal grande scienziato inglese Sir Isaac Newton durante l'ultima parte del 17 ° secolo. Newton organizzò la sua comprensione del movimento fisico in tre leggi scientifiche che spiegavano come funzionavano i razzi e perché sono in grado di farlo nel vuoto dello spazio. Le leggi di Newton presto iniziarono ad avere un impatto pratico sulla progettazione dei razzi.
Sperimentatori e scienziati in Germania e Russia hanno iniziato a lavorare con razzi con masse di oltre 45 chilogrammi nel 18 ° secolo. Alcuni erano così potenti, che le loro fiamme di scarico in fuga annoiavano profondi buchi nel terreno prima del decollo.
I missili subirono un breve risveglio come armi da guerra alla fine del XVIII secolo e all'inizio del XIX secolo. Il successo delle bombe indiane contro gli inglesi nel 1792 e di nuovo nel 1799 attirò l'interesse dell'esperto di artiglieria colonnello William Congreve, che iniziò a progettare razzi per l'uso da parte degli inglesi militare.
I razzi Congreve ebbero un grande successo in battaglia. Utilizzato dalle navi britanniche per battere Fort McHenry nella guerra del 1812, ispirarono Francis Scott Key a scrivere "il bagliore rosso dei razzi" nel suo poema che sarebbe poi diventato il Banner a forma di stella.
Anche con il lavoro di Congreve, tuttavia, gli scienziati non avevano migliorato molto la precisione dei missili sin dai primi giorni. La natura devastante dei razzi di guerra non era la loro precisione o potenza, ma il loro numero. Durante un tipico assedio, a migliaia potrebbero essere sparati contro il nemico.
I ricercatori hanno iniziato a sperimentare modi per migliorare la precisione. William Hale, uno scienziato inglese, ha sviluppato una tecnica chiamata stabilizzazione degli spin. I gas di scarico in fuga hanno colpito piccole palette sul fondo del razzo, facendolo ruotare come fa un proiettile in volo. Le variazioni di questo principio sono ancora utilizzate oggi.
I razzi continuarono ad essere utilizzati con successo nelle battaglie in tutto il continente europeo. Tuttavia, le brigate a razzo austriache incontrarono la loro partita contro pezzi di artiglieria di nuova concezione in una guerra con la Prussia. I cannoni a carica podalica con canne rigate e testate esplosive erano armi di guerra molto più efficaci dei migliori missili. Ancora una volta, i razzi sono stati relegati in tempo di pace.
Konstantin Tsiolkovsky, un insegnante e scienziato russo, per la prima volta propose l'idea dell'esplorazione dello spazio nel 1898. Nel 1903, Tsiolkovsky suggerì l'uso di propellenti liquidi per i razzi per raggiungere una maggiore autonomia. Ha affermato che la velocità e la portata di un razzo erano limitate solo dalla velocità di scarico dei gas in fuga. Tsiolkovsky è stato chiamato il padre dell'astronautica moderna per le sue idee, un'attenta ricerca e una grande visione.
Robert H. Goddard, uno scienziato americano, condusse esperimenti pratici di rocketry all'inizio del 20 ° secolo. Si era interessato a raggiungere altitudini più elevate di quanto fosse possibile per le mongolfiere più leggere dell'aria e aveva pubblicato un opuscolo nel 1919, Un metodo per raggiungere altitudini estreme. Era un'analisi matematica di quello che oggi si chiama il razzo meteorologico.
I primi esperimenti di Goddard furono con razzi a propellente solido. Iniziò a provare vari tipi di combustibili solidi e a misurare le velocità di scarico dei gas che bruciavano nel 1915. Si convinse che un razzo poteva essere spinto meglio dal combustibile liquido. Nessuno aveva mai costruito un razzo a propulsione liquida di successo prima d'ora. Era un'impresa molto più difficile dei razzi a propellente solido, che richiedevano serbatoi di carburante e ossigeno, turbine e camere di combustione.
Goddard realizzò il primo volo di successo con un razzo a propulsione liquida il 16 marzo 1926. Alimentato da ossigeno liquido e benzina, il suo razzo volò solo per due secondi e mezzo, ma salì per 12,5 metri e atterrò a 56 metri in una zona di cavolo. Il volo non fu impressionante per gli standard odierni, ma il razzo a benzina di Goddard fu il precursore di una nuova era del volo dei razzi.
I suoi esperimenti sui razzi a propellente liquido continuarono per molti anni. I suoi razzi si ingrandirono e volarono più in alto. Ha sviluppato un sistema giroscopico per il controllo del volo e un compartimento di carico utile per strumenti scientifici. Sono stati impiegati sistemi di recupero del paracadute per restituire razzi e strumenti in sicurezza. Goddard è stato chiamato il padre del rocketry moderno per i suoi successi.
Un terzo grande pioniere dello spazio, Hermann Oberth della Germania, pubblicò un libro nel 1923 sul viaggio nello spazio. Molte piccole società missilistiche sorsero in tutto il mondo a causa dei suoi scritti. La formazione di una di queste società in Germania, la Verein fur Raumschiffahrt o Society for Space Travel, portò allo sviluppo del Razzo V-2 usato contro Londra nella seconda guerra mondiale.
Ingegneri e scienziati tedeschi, incluso Oberth, si radunarono a Peenemunde sulle rive del Baltico Mare nel 1937, dove fu costruito e lanciato il razzo più avanzato del suo tempo sotto la direzione di Wernher von Braun. Il razzo V-2, chiamato A-4 in Germania, era piccolo rispetto ai progetti di oggi. Ha raggiunto la sua grande spinta bruciando una miscela di ossigeno liquido e alcool ad una velocità di circa una tonnellata ogni sette secondi. Il V-2 era un'arma formidabile che poteva devastare interi isolati.
Fortunatamente per Londra e le forze alleate, il V-2 arrivò troppo tardi nella guerra per cambiare il suo esito. Tuttavia, gli scienziati e gli ingegneri missilistici tedeschi avevano già predisposto piani per missili avanzati in grado di estendersi l'Oceano Atlantico e lo sbarco negli Stati Uniti. Questi missili avrebbero avuto gli stadi superiori alati ma un carico utile molto piccolo capacità.
Molti V-2 e componenti inutilizzati furono catturati dagli Alleati con la caduta della Germania, e molti scienziati razzi tedeschi arrivarono negli Stati Uniti mentre altri andarono nell'Unione Sovietica. Sia gli Stati Uniti che l'Unione Sovietica hanno realizzato il potenziale del rocketry come arma militare e hanno iniziato una serie di programmi sperimentali.
Gli Stati Uniti hanno iniziato un programma con missili dal suono atmosferico ad alta quota, una delle prime idee di Goddard. Una varietà di missili balistici intercontinentali a medio e lungo raggio furono sviluppati in seguito. Questi sono diventati il punto di partenza del programma spaziale statunitense. Missili come Redstone, Atlas e Titan alla fine avrebbero lanciato astronauti nello spazio.
Il mondo rimase sbalordito dalla notizia di un satellite artificiale in orbita attorno alla Terra lanciato dall'Unione Sovietica il 4 ottobre 1957. Chiamato Sputnik 1, il satellite fu la prima entrata di successo in una corsa allo spazio tra due nazioni superpotenti, il Soviet Unione e Stati Uniti I sovietici seguirono con il lancio di un satellite con a bordo un cane di nome Laika a meno di un mese dopo. Laika è sopravvissuta nello spazio per sette giorni prima di essere messa a dormire prima che finisse la sua fornitura di ossigeno.
Gli Stati Uniti seguirono l'Unione Sovietica con un satellite proprio pochi mesi dopo il primo Sputnik. Explorer I fu lanciato dall'esercito degli Stati Uniti il 31 gennaio 1958. Nell'ottobre dello stesso anno, gli Stati Uniti hanno organizzato formalmente il loro programma spaziale creando NASA, la National Aeronautics and Space Administration. La NASA divenne un'agenzia civile con l'obiettivo di una pacifica esplorazione dello spazio a beneficio di tutta l'umanità.
Improvvisamente, molte persone e macchine furono lanciate nello spazio. Gli astronauti orbitarono attorno alla terra e atterrarono sulla luna. I veicoli spaziali robotici viaggiavano verso i pianeti. Lo spazio fu improvvisamente aperto all'esplorazione e allo sfruttamento commerciale. I satelliti hanno permesso agli scienziati di indagare sul nostro mondo, prevedere il tempo e comunicare istantaneamente in tutto il mondo. Una vasta gamma di missili potenti e versatili ha dovuto essere costruita man mano che aumentava la domanda di carichi utili sempre maggiori.
I razzi si sono evoluti da semplici dispositivi da polvere da sparo in veicoli giganti in grado di viaggiare nello spazio dai primi giorni di scoperta e sperimentazione. Hanno aperto l'universo alla direzione dell'esplorazione da parte dell'umanità.