ניסוי המנטוס וקולה מגיע לחלל (כמעט)

התגובה האלימה של קולה (ופפסי) לסוכריות מנטוס, ושפריץ הקצף שבא בעקבותיה, הפכו לתופעת אינטרנט אי-שם בשנת 2006 ותועדו מאז בהרבה יותר מדי סרטונים ביוטיוב. מי שיחפש ימצא גם סרטים של דבילים שהטיחו בקבוקים סגורים עם קולה ומנטוס במדרכה - מה שגרם להם להתפרץ ולעוף כמה מטרים באוויר, או על הדביל שזרק אותם. פתאום מצאנו את עצמנו מתמודדים עם השאלה הבוערת: האם אפשר לנצל את העוצמה הזו כדי להטיס טיל מ"ק (מנטוס-קולה) לחלל?

מה קולה, איזה חלל

השאלה הראשונה שצריך לשאול היא איפה, בעצם, נמצא החלל. כלומר, לאיזה גובה צריך הטיל שלנו לנסוק כדי שנוכל לומר עליו שהוא הגיע לשם?

לארצות הברית יש קריטריון מתירני מאד בנושא: כל אדם שמגיע לגובה של 80 קילומטרים מעל לפני הים זוכה להיקרא "אסטרונאוט". מצד שני, אצלי ביסודי קראנו לילדים אסטרונאוטים לפני שהם הגיעו אפילו למטר ושלושים, אז מה עשינו בזה? לא, אנחנו צריכים הגדרה עם הצדקה מדעית - כמו למשל ההגדרה של הפדרציה האירונאוטית הבינלאומית, ששמה את הגבול בגובה מאה קילומטרים. למה דווקא שם? לא בגלל המספר העגול, אלא כיוון שבגובה הזה האוויר כל כך דליל, שמטוס שרוצה להשתמש בו לצורך עילוי חייב לטוס במהירות שמספיקה ממילא להכניס אותו למסלול סביב כדור הארץ. במילים אחרות, לפי ההגדרה הזו, החלל (הקרוב) הוא מקום שכדי להשאר בו לאורך זמן, אתה חייב לטוס ממש מהר.

לא צריך למהר

כשהייתי קטן וצפיתי בשיגורים של טילי ענק בטלוויזיה, הדבר שהכי התמיה אותי היה דווקא האיטיות שלהם בשניות הראשונות. תמיד אמרו לי שהם צריכים להגיע למהירויות מסחררות כדי לטוס לחלל, אבל עובדה שגם במהירות הליכה הם מצליחים להתרומם יפה מאד מכן השיגור. אם הם היו ממשיכים באיטיות כזו, כך שאלתי את עצמי, ובהנחה שהדלק לא נגמר באמצע, מה בעצם מונע מהם להגיע לחלל? התשובה היא שכלום - הם יכולים לעלות ולעלות בלי שום בעיה, אבל ברגע שייגמר הדלק הם יפלו בחזרה. המהירות דרושה רק לצורך כניסה למסלול או הימלטות משדה הכבידה של כדור הארץ. עבור המטרה הצנועה של הגעה לחלל, טיל המ"ק שלנו לא חייב אפילו לעבור את מהירות הקול. איזו הקלה!

הרצוי והמצוי

בגדול, ישנן שתי דרכים פוטנציאליות להגיע עם מנטוס וקולה לחלל. הראשונה (באיור למטה מימין) היא ליצור פיצוץ ראשוני כל כך חזק, שהוא לבדו יעיף את כל העסק מאה קילומטרים למעלה, כמו בתותח רב עוצמה. על פי מנוע החישוב וולפרם אלפא (זוכרים?), בהתעלם מהגורם הקריטי של החיכוך באוויר, נדרשת מהירות התחלתית של 1401 מטרים לשניה, או מאך 4.1, כדי לגעת בגבול החלל. הדרך השניה (משמאל) היא ליצור איכשהו מנוע רקטי של ממש, עם מנגנון שיערבב קולה ומנטוס ב"תא בעירה" ויפלוט את הקצף שנוצר באופן מבוקר. טיל שכזה לא חייב, כאמור, לטוס מהר במיוחד - אבל הוא יצטרך לשאת את המשקל הרב של הדלק שטרם נוצל, וזו כבר בעיה אחרת לגמרי. איזו מבין האפשרויות, אם בכלל, ריאלית?

בניגוד לדלקים הכימיים הרגילים, האנרגיה שנוצרת בשילוב של קולה ומנטוס אינה קשורה לבעירה. הקולה מכילה כמות גדולה של גז פחמן דו חמצני מומס בתוך הנוזל, והרכיבים שעל "קליפת" המנטוס גורמים לשחרור מהיר מאד של הגז הזה. בצורתו החופשית, הגז תופס יותר מקום מאשר כשהיה בתוך הקולה, וכך נוצר לחץ בתוך הבקבוק. בניסויי המנטוס-קולה הרגילים, לחץ זה הוא שמתיז את הקצף למעלה לגובה של מספר מטרים. זהו גם הכוח המניע היחיד שיש לנו עבור הטיל. אז כמה לחץ אפשר להפיק מהפחמן הדו-חמצני שבקולה?

בעיית גזים

התשובה, למרבה הצער, היא "לא הרבה". קולה מכילה פחמן דו חמצני בכמות כזו שכאשר הוא חופשי, נפחו גדול פי שלושה או ארבעה מנפח הנוזל. בקבוק של ליטר וחצי קולה יכיל בסך הכל 4.5-6 ליטרים של פחמן דו חמצני. התקן של בקבוקי הפלסטיק מחייב אותם לעמוד בלחץ של 150 psi בלבד (לשם השוואה, הלחץ בבלוני צלילה הוא בסביבות 3,000-4,000 psi, ואף אחד לא משגר את אלה לחלל, נכון?), וגם ברור שהתקן כולל בתוכו מרווח ביטחון גדול. מה אומרים המספרים האלה מבחינת כוח מניע?

בשלב זה אולי נדמה שאין ברירה אלא לעבור לנוסחאות, אבל לשמחתנו קיימת מקבילה מצוינת לצורך השוואה: רקטת המים. רקטה זו זהה בעיקרון לטיל מ"ק, פרט להבדל אחד - הגז הדחוס מגיע ממשאבה חיצונית ולא מהנוזל שבפנים. שיא הגובה שהושג עד כה בעזרת רקטת מים - 379 מטרים - שייך לממציא קנדי משוגע-לדבר, שבונה רקטות מחוזקות בסיבי פחמן ודוחס בהן חנקן. הלחץ ברקטות הללו לפני ההמראה הוא 1,300 psi, כמעט פי תשעה מהלחץ המקסימלי שקולה יכולה ליצור עם מנטוס או בלעדיו.

מסקנות

לאור כל המידע הנ"ל, נראה שאין אפשרות לבנות טיל בעל הנעת מנטוס וקולה שיגיע לחלל. עם זאת, מי שמתעקש להתחכם יוכל למצוא פתרון יצירתי. למשל, אפשר לתת לטיל יתרון התחלתי מדהים של 8,848 מטרים אם משגרים אותו מפסגת הר אוורסט. אם מוותרים על כן שיגור קרקעי אפשר להתחיל גם מעשרים קילומטרים ומעלה בשיגור ממטוס או מבלון מחקר גדול. אבל הדרך הכי טובה לשגר טיל מנטוס קולה ביתי ופשוט לחלל היא לבנות אחד כזה - ואז להעלות אותו על משגר לוויינים רקטי אמיתי ולשגר אותו משם. אתם תראו, הוא יגיע לחלל בלי שום בעיה.