Steam bi lahko resno delal ne le v 19. stoletju, ampak tudi v 21. stoletju.
Prvi umetni zemeljski satelit, ki ga je ZSSR 4. oktobra 1957 izstrelila v orbito, je tehtal le 83,6 kg. Prav on je odprl vesoljsko dobo za človeštvo. Hkrati se je začela vesoljska tekma med dvema silama - Sovjetsko zvezo in ZDA. Manj kot mesec dni kasneje je ZSSR znova osupnila svet z izstrelitvijo drugega satelita, težkega 508 kg, s psom Lajko na krovu. Združene države so se lahko klicu odzvale šele naslednje leto, 1958, in sicer tako, da so 31. januarja lansirale satelit Explorer-1. Poleg tega je bila njegova masa desetkrat manjša od prvega sovjetskega satelita - 8, 3 kg … Ameriški inženirji so si seveda lahko predstavljali, da bi v orbito postavili težji satelit, a že ob sami misli, koliko goriva bi morala nositi raketa, niso sami. Ena izmed priljubljenih ameriških revij je zapisala: »Za izstrelitev satelita v nizko zemeljsko orbito mora masa rakete več tisočkrat preseči maso tovora. Toda znanstveniki verjamejo, da jim bo napredek tehnologije omogočil, da to razmerje zmanjšajo na sto. Toda tudi ta številka je pomenila, da bi za izstrelitev dovolj velikega satelita, ki bi bil uporaben, potrebno kurjenje ogromnih količin dragega goriva.
Za znižanje stroškov prve stopnje so bile predlagane različne možnosti: od izdelave vesoljskega plovila za večkratno uporabo do popolnoma fantastičnih idej. Med njimi je bila zamisel Arthurja Grahama, vodje naprednega razvoja v podjetju Babcock & Wilcox (B&W), ki od leta 1867 izdeluje parne kotle. Graham je skupaj z drugim inženirjem črno -belih, Charlesom Smithom, skušal ugotoviti, ali bi lahko vesoljsko plovilo postavili v orbito s pomočjo … pare.
Para in vodik
Graham se je v tem času ukvarjal z razvojem nadkritičnih visokotemperaturnih kotlov, ki so delovali pri temperaturah nad 3740C in tlakih nad 220 atm. (nad to kritično točko voda ni več tekočina ali plin, ampak tako imenovana nadkritična tekočina, ki združuje lastnosti obeh). Ali se lahko para uporablja kot "potisni stroj" za zmanjšanje količine goriva na prvi stopnji nosilne rakete? Prve ocene niso bile preveč optimistične. Dejstvo je, da je hitrost širjenja katerega koli plina omejena s hitrostjo zvoka v tem plinu. Pri temperaturi 5500C je hitrost širjenja zvoka v vodni pari približno 720 m / s, pri 11000C - 860 m / s, pri 16500C - 1030 m / s. Te hitrosti se morda zdijo visoke, vendar ne smemo pozabiti, da je tudi prva kozmična hitrost (potrebna za postavitev satelita v orbito) 7,9 km / s. Torej bo raketa, čeprav dovolj velika, še vedno potrebna.
Vendar sta Graham in Smith našla drugo pot. Niso se omejili le na trajekt. Marca 1961 so po navodilih vodstva B&W pripravili skrivni dokument z naslovom "Steam Hydrogen Booster for Launch Launch", na katerega je opozorila NASA. (Vendar skrivnost ni trajala dolgo, vse do leta 1964, ko sta Graham in Smith dobila patent ZDA št. 3131597 - "Metoda in naprava za izstrelitev raket"). V dokumentu so razvijalci opisali sistem, ki lahko pospeši vesoljsko plovilo, ki tehta do 120 ton, do hitrosti skoraj 2,5 km / s, medtem ko pospeški po izračunih niso presegli 100 g. Nadaljnje pospeševanje do prve vesoljske hitrosti je bilo treba izvesti s pomočjo raketnih ojačevalcev.
Ker para ne more pospešiti vesoljskega projektila do te hitrosti, so se črno-beli inženirji odločili za uporabo dvostopenjske sheme. V prvi fazi je para stisnila in tako segrela vodik, pri katerem je hitrost zvoka veliko večja (pri 5500C - 2150 m / s, pri 11000C - 2760 m / s, pri 16500C - več kot 3 km / s). Prav vodik naj bi neposredno pospešil vesoljsko plovilo. Poleg tega so bili stroški trenja pri uporabi vodika bistveno nižji.
Super pištola
Izstrelitev naj bi bila veličastna zgradba - velikanska super -pištola, enaka, kakršne še nihče ni zgradil. Sod s premerom 7 m je bil visok 3 km (!) In je moral biti nameščen navpično znotraj gore ustreznih dimenzij. Za dostop do "zadnjice" velikanskega topa so na dnu gore naredili predore. Tam je bil tudi obrat za proizvodnjo vodika iz zemeljskega plina in velikanski parni generator.
Od tam je para skozi cevovode vstopila v akumulator - jekleno kroglo s premerom 100 metrov, ki se nahaja pol kilometra pod podnožjem cevi in je trdno "nameščena" v skalno maso, da zagotovi potrebno trdnost stene: para v akumulator je imel temperaturo okoli 5500C in tlak več kot 500 atm.
Akumulator pare je bil povezan s posodo z vodikom, ki je nameščen nad njim, s cilindrom s premerom 25 m in dolžino približno 400 m z zaobljenimi podstavki, s sistemom cevi in 70 hitrih ventilov, vsak približno 1 m v premer. Po drugi strani je bil na dno cevi priključen vodikov valj s sistemom 70 nekoliko večjih ventilov (premera 1,2 m). Vse je delovalo takole: iz akumulatorja je v valj črpala paro, ki je zaradi večje gostote zasedla njegov spodnji del in v zgornjem delu stisnila vodik na 320 atm. in segrejemo na 17000C.
Vesoljsko plovilo je bilo nameščeno na posebni ploščadi, ki je služila kot paleta med pospeševanjem v cevi. Hkrati je centriral aparat in zmanjšal preboj pospešujočega vodika (tako so razporejeni sodobni projektili podkalibra). Da bi zmanjšali odpornost na pospešek, so iz cevi izčrpali zrak, gobec pa zatesnili s posebno membrano.
Stroške gradnje vesoljskega topa je družba B&W ocenila na približno 270 milijonov dolarjev, potem pa bi lahko top "streljal" vsake štiri dni, kar bi znižalo stroške prve stopnje rakete Saturn s 5 milijonov dolarjev na nekaj bednih 100 tisoč dolarjev.. Hkrati so se stroški dajanja 1 kg tovora v orbito znižali s 2500 USD na 400 USD.
Da bi dokazali učinkovitost sistema, so razvijalci predlagali, da se v enem od opuščenih rudnikov zgradi obsežen model 1:10. NASA je oklevala: agencija, ki je vložila ogromne količine denarja v razvoj tradicionalnih raket, si ni mogla privoščiti porabe 270 milijonov dolarjev za konkurenčno tehnologijo in celo z neznanim rezultatom. Poleg tega je preobremenitev 100 g, čeprav za dve sekundi, očitno onemogočila uporabo superpuške v vesoljskem programu s posadko.
Sanje Julesa Verna
Graham in Smith nista bila ne prva ne zadnja inženirja, ki sta ujela domišljijo koncepta lansiranja vesoljskih plovil s topom. V zgodnjih šestdesetih letih prejšnjega stoletja je kanadski Gerald Bull razvijal raziskovalni projekt na visoki nadmorski višini (HARP), ki je streljal atmosferske sonde na nadmorski višini na skoraj 100 km nadmorske višine. V Livermore National Laboratory. Lawrence v Kaliforniji do leta 1995, v okviru projekta SHARP (Super High Altitude Research Project) pod vodstvom Johna Hunterja, je bila razvita dvostopenjska pištola, v kateri je vodik stisnjen z izgorevanjem metana, in pet kilogramski izstrelek pospešen. do 3 km / s. Bilo je tudi veliko projektov tirnic - elektromagnetnih pospeševalnikov za izstreljevanje vesoljskih plovil.
Toda vsi ti projekti so zbledeli pred črno -belo super puško. Prišlo je do strašne, nezaslišane, neverjetne eksplozije! Njegove moči je nemogoče prenesti - pokrila bi najbolj oglušujočo grmenje in celo šumenje vulkanskega izbruha. Iz nedra zemlje se je dvignil ogromen ognjeni snop, kot iz kraterja vulkana. Zemlja se je tresla in komaj kateremu od gledalcev je v tistem trenutku uspelo videti, kako izstrelek zmagoslavno seka po zraku v vrtincu dima in ognja «… - tako je posnetek velikanske Columbiade opisal Jules Verne roman.
Top Graham-Smith bi moral narediti še močnejši vtis. Po izračunih je pri vsakem izstrelitvi bilo potrebno približno 100 ton vodika, ki so ga po izstrelku vrgli v ozračje. Segreto na temperaturo 17000 ° C se je vnamelo, ko je prišlo v stik z atmosferskim kisikom, s čimer je goro spremenilo v velikansko baklo, ognjeni steber, ki se razteza več kilometrov navzgor. Ko zgore takšna količina vodika, nastane 900 ton vode, ki bi se razpršila v obliki pare in dežja (lahko vre v neposredni bližini). Vendar se predstava s tem ni končala. Po zgorelem vodiku je bilo navzgor vrženih 25.000 ton pregrete pare, ki je tvorila velikanski gejzir. Tudi para se je delno razpršila, delno kondenzirala in izpadla v obliki močnih padavin (na splošno suša ni ogrozila neposredne bližine). Vse to so seveda morali spremljati pojavi, kot so tornadi, nevihte in strele.
Julesu Vernu bi bilo všeč. Vendar je bil načrt še vedno preveč fantastičen, zato je NASA kljub vsem posebnim učinkom raje izbrala bolj tradicionalen način izstrelitve v vesolje - izstrelitve raket. Škoda: bolj steampunk metode si težko predstavljamo.
