Steam kan gjøre seriøst arbeid ikke bare på 1800 -tallet, men også i det 21. århundre.
Den første kunstige jordsatellitten, som ble lansert i bane 4. oktober 1957, av Sovjetunionen, veide bare 83,6 kg. Det var han som åpnet romalderen for menneskeheten. Samtidig begynte romløpet mellom de to maktene - Sovjetunionen og USA. Mindre enn en måned senere overrasket Sovjetunionen verden igjen ved å skyte opp en andre satellitt som veide 508 kg med hunden Laika om bord. USA klarte å svare på oppfordringen først neste år, 1958, ved å skyte opp Explorer-1-satellitten 31. januar. Dessuten var massen ti ganger mindre enn den første sovjetiske satellitten - 8, 3 kg … Amerikanske ingeniører kunne selvsagt tenke seg å sette en tyngre satellitt i bane, men ved tanken på hvor mye drivstoff skytekjøretøyet skulle bære, de gjorde det ikke selv. Et av de populære amerikanske magasinene skrev: «For å skyte en satellitt i bane med lav jord må rakettens masse overstige nyttelastmassen flere tusen ganger. Men forskere tror at teknologiske fremskritt vil tillate dem å redusere dette forholdet til hundre. Men selv dette tallet antydet at det skulle kreve å brenne enorme mengder dyrt drivstoff for å skyte opp en satellitt som var stor nok til å være nyttig.
For å redusere kostnaden for den første fasen, har en rekke alternativer blitt foreslått: fra å bygge et gjenbrukbart romfartøy til helt fantastiske ideer. Blant dem var ideen om Arthur Graham, leder for avansert utvikling i Babcock & Wilcox (B&W), som har laget dampkjeler siden 1867. Sammen med en annen B & W -ingeniør, Charles Smith, prøvde Graham å finne ut om romfartøyet kunne settes i bane ved hjelp av … damp.
Damp og hydrogen
Graham var på dette tidspunktet engasjert i utviklingen av superkritiske høytemperaturkjeler som opererte ved temperaturer over 3740C og trykk over 220 atm. (over dette kritiske punktet er ikke lenger vann en væske eller en gass, men en såkalt superkritisk væske, som kombinerer egenskapene til begge deler). Kan damp brukes som en "pusher" for å redusere drivstoffmengden i første etappe av et oppskytningsbil? De første estimatene var ikke altfor optimistiske. Faktum er at ekspansjonshastigheten til enhver gass er begrenset av lydhastigheten i denne gassen. Ved en temperatur på 5500C er hastigheten på lydutbredelse i vanndamp ca 720 m / s, ved 11000C - 860 m / s, ved 16500C - 1030 m / s. Disse hastighetene kan virke høye, men man bør ikke glemme at selv den første kosmiske hastigheten (nødvendig for å sette en satellitt i bane) er 7, 9 km / s. Så en lanseringskjøretøy, selv om den er stor nok, vil fortsatt være nødvendig.
Imidlertid fant Graham og Smith en annen måte. De begrenset seg ikke til bare fergen. I mars 1961 utarbeidet de etter instruksjonene fra B&W -ledelsen et hemmelig dokument med tittelen "Steam Hydrogen Booster for Spacecraft Launch", som ble gjort oppmerksom på NASA. (Imidlertid var hemmeligholdet ikke lenge, til 1964, da Graham og Smith ble tildelt amerikansk patent nr. 3131597 - "Metode og apparater for å skyte opp raketter"). I dokumentet beskrev utviklerne et system som var i stand til å akselerere et romfartøy som veier opptil 120 tonn til en hastighet på nesten 2,5 km / s, mens akselerasjonene, ifølge beregninger, ikke oversteg 100g. Ytterligere akselerasjon til den første romhastigheten skulle utføres ved hjelp av rakettforsterkere.
Siden damp ikke er i stand til å akselerere et romprosjektil til denne hastigheten, bestemte B & W-ingeniører seg for å bruke et to-trinns opplegg. På det første trinnet, dampkomprimert og dermed oppvarmet hydrogen, hvor lydhastigheten er mye høyere (ved 5500C - 2150 m / s, ved 11000C - 2760 m / s, ved 16500C - mer enn 3 km / s). Det var hydrogen som skulle akselerere romskipet direkte. I tillegg var friksjonskostnadene ved bruk av hydrogen betydelig lavere.
Super pistol
Selve løfteraketten skulle være en storslått struktur - en gigantisk supergevær, lik som ingen noen gang hadde bygget. Tønnen med en diameter på 7 m var 3 km (!) Høy og måtte plasseres vertikalt inne i et fjell med passende dimensjoner. For å få tilgang til "setestøtten" til den gigantiske kanonen, ble det laget tunneler ved foten av fjellet. Det var også et anlegg for produksjon av hydrogen fra naturgass og en gigantisk dampgenerator.
Derfra kom dampen gjennom rørledninger inn i akkumulatoren - en stålkule med en diameter på 100 meter, som ligger en halv kilometer under fatets bunn og stivt "monteres" i bergmassen for å gi den nødvendige veggstyrken: dampen i akkumulatoren hadde en temperatur på ca 5500C og et trykk på mer enn 500 atm.
Dampakkumulatoren ble koblet til en beholder med hydrogen plassert over den, en sylinder med en diameter på 25 m og en lengde på omtrent 400 m med avrundede baser, ved hjelp av et rørsystem og 70 høyhastighetsventiler, hver ca. diameter. På sin side ble en hydrogensylinder med et system med 70 litt større ventiler (1,2 m i diameter) koblet til fatets bunn. Det hele fungerte slik: damp ble pumpet fra akkumulatoren inn i sylinderen, og på grunn av dens høyere tetthet okkuperte den nedre delen og komprimerte hydrogen i den øvre delen til 320 atm. og varme den opp til 17000C.
Romfartøyet ble installert på en spesiell plattform som fungerte som en pall under akselerasjon i fatet. Den sentrerte apparatet samtidig og reduserte gjennombruddet for akselererende hydrogen (slik er moderne sub-kaliber prosjektiler arrangert). For å redusere akselerasjonsmotstanden ble luft pumpet ut av fatet, og snuten ble forseglet med en spesiell membran.
Kostnaden for å bygge romkanonen ble anslått av B&W til omtrent $ 270 millioner dollar. Men så kunne kanonen "skyte" hver fjerde dag, og redusere kostnaden for den første fasen av Saturn -raketten fra $ 5 millioner til noen få tusen dollar. Samtidig falt kostnaden for å sette 1 kg nyttelast i bane fra $ 2500 til $ 400.
For å bevise systemets effektivitet foreslo utviklerne å bygge en målemodell på 1:10 i en av de forlatte gruvene. NASA nølte: etter å ha investert enorme mengder penger i utviklingen av tradisjonelle raketter, hadde byrået ikke råd til å bruke 270 millioner dollar på konkurrerende teknologi, og selv med et ukjent resultat. Videre gjorde en overbelastning på 100 g, om enn i to sekunder, det helt klart umulig å bruke supervåpenet i et bemannet romprogram.
Jules Vernes drøm
Graham og Smith var verken de første eller de siste ingeniørene som fant fantasien om konseptet med å skyte romfartøy med en kanon. På begynnelsen av 1960-tallet utviklet kanadiske Gerald Bull High Altitude Research Project (HARP), og avfyrte atmosfæriske sonder i høyder til nesten 100 km høyde. På Livermore National Laboratory. Lawrence i California til 1995, som en del av SHARP (Super High Altitude Research Project) -prosjektet under ledelse av John Hunter, ble det utviklet en to-trinns pistol, der hydrogen ble komprimert ved å brenne metan, og et fem kilo stort prosjektil akselerert til 3 km / s. Det var også mange prosjekter av jernbanevåpen - elektromagnetiske akseleratorer for oppskyting av romfartøyer.
Men alle disse prosjektene bleknet før B&W supergevær. “Det var en fryktelig, uhørt, utrolig eksplosjon! Det er umulig å formidle sin kraft - det vil dekke det mest øredøvende torden og til og med brølet fra et vulkanutbrudd. Fra jordens tarmer steg et gigantisk ildskive, som om det kom fra krateret til en vulkan. Jorden ristet, og knapt noen av tilskuerne klarte i det øyeblikket å se prosjektilet triumferende skjære gjennom luften i en virvelvind av røyk og ild "… - slik beskrev Jules Verne skuddet av giganten Columbiade i sin berømte roman.
Graham-Smith-kanonen burde ha gjort et enda sterkere inntrykk. Ifølge beregninger krevde hver oppskytning omtrent 100 tonn hydrogen, som etter prosjektilet ble kastet ut i atmosfæren. Oppvarmet til en temperatur på 17000C, antente den da den kom i kontakt med atmosfærisk oksygen, og gjorde fjellet til en gigantisk fakkel, en ildstøtte som strekker seg flere kilometer oppover. Når en slik mengde hydrogen brenner, dannes 900 tonn vann, som ville forsvinne i form av damp og nedbør (muligens kokende i umiddelbar nærhet). Showet endte imidlertid ikke der. Etter det brennende hydrogenet ble 25 000 tonn overopphetet damp kastet oppover og dannet en gigantisk geysir. Damp ble også delvis spredt, delvis kondensert og falt ut i form av kraftig nedbør (generelt truet ikke tørke i umiddelbar nærhet). Alt dette måtte selvfølgelig ledsages av fenomener som tornadoer, tordenvær og lyn.
Jules Verne ville elsket det. Imidlertid var planen fremdeles for fantastisk, derfor, til tross for alle spesialeffektene, foretrakk NASA den mer tradisjonelle måten å skyte romskudd på - rakettoppskytninger. Synd: en mer steampunk -metode er vanskelig å forestille seg.
