Steam kunne udføre seriøst arbejde ikke kun i det 19. århundrede, men også i det 21. århundrede.
Den første kunstige jordsatellit, der blev sendt i kredsløb den 4. oktober 1957 af Sovjetunionen, vejede kun 83,6 kg. Det var ham, der åbnede rumalderen for menneskeheden. Samtidig begyndte rumløbet mellem de to magter - Sovjetunionen og USA. Mindre end en måned senere overraskede Sovjetunionen verden igen ved at opsende en anden satellit på 508 kg med hunden Laika ombord. USA kunne først besvare opkaldet i det næste år, 1958, ved at opsende Explorer-1-satellitten den 31. januar. Desuden var dens masse ti gange mindre end den første sovjetiske satellit - 8, 3 kg … Amerikanske ingeniører kunne naturligvis forestille sig at sætte en tungere satellit i kredsløb, men ved selve tanken om, hvor meget brændstof affyringsvognen skulle bære, det gjorde de ikke af sig selv. Et af de populære amerikanske magasiner skrev: „For at sende en satellit i en lav jordbane skal raketens masse overstige nyttelastens masse flere tusinde gange. Men forskere mener, at teknologiske fremskridt vil give dem mulighed for at reducere dette forhold til hundrede. Men selv dette tal indebar, at opsendelse af en satellit, der var stor nok til at være nyttig, ville kræve afbrænding af enorme mængder dyrt brændstof.
For at reducere omkostningerne ved den første fase er der blevet foreslået en række muligheder: fra at bygge et genanvendeligt rumskib til helt fantastiske ideer. Blandt dem var ideen om Arthur Graham, leder for avanceret udvikling hos Babcock & Wilcox (B&W), der har fremstillet dampkedler siden 1867. Sammen med en anden B & W -ingeniør, Charles Smith, forsøgte Graham at finde ud af, om rumfartøjet kunne sættes i kredsløb ved hjælp af … damp.
Damp og brint
Graham var på dette tidspunkt engageret i udviklingen af superkritiske højtemperaturkedler, der opererede ved temperaturer over 3740C og tryk over 220 atm. (over dette kritiske punkt er vand ikke længere en væske eller en gas, men et såkaldt superkritisk væske, der kombinerer begge egenskaber). Kan damp bruges som en "pusher" til at reducere mængden af brændstof i en første etape af et affyringsvogn? De første skøn var ikke overdrevent optimistiske. Faktum er, at ekspansionshastigheden for enhver gas er begrænset af lydhastigheden i denne gas. Ved en temperatur på 5500C er lydudbredelsens hastighed i vanddamp omkring 720 m / s, ved 11000C - 860 m / s, ved 16500C - 1030 m / s. Disse hastigheder kan virke høje, men man skal ikke glemme, at selv den første kosmiske hastighed (påkrævet for at sætte en satellit i kredsløb) er 7, 9 km / s. Så en lanceringskøretøj, selvom den er stor nok, vil stadig være nødvendig.
Graham og Smith fandt imidlertid en anden vej. De begrænsede sig ikke til kun færgen. I marts 1961 udarbejdede de efter instruktionerne fra B&W -ledelsen et hemmeligt dokument med titlen "Steam Hydrogen Booster for Spacecraft Launch", som blev gjort opmærksom på NASA. (Hemmeligholdelsen varede dog ikke længe, indtil 1964, hvor Graham og Smith fik US patent nr. 3131597 - "Metode og apparater til affyring af raketter"). I dokumentet beskrev udviklerne et system, der var i stand til at accelerere et rumfartøj, der vejer op til 120 tons til en hastighed på næsten 2,5 km / s, mens accelerationerne ifølge beregninger ikke oversteg 100g. Yderligere acceleration til den første rumhastighed skulle udføres ved hjælp af raketforstærkere.
Da damp ikke er i stand til at accelerere et rumprojektil til denne hastighed, besluttede B&W ingeniører at bruge en totrinsplan. På det første trin dampkomprimeret og dermed opvarmet brint, hvor lydhastigheden er meget højere (ved 5500C - 2150 m / s, ved 11000C - 2760 m / s, ved 16500C - mere end 3 km / s). Det var brint, der skulle accelerere rumfartøjet direkte. Derudover var friktionsomkostningerne ved brug af brint betydeligt lavere.
Super pistol
Selve affyringsrampen skulle være en storslået struktur - et gigantisk supergevær, som ingen nogensinde havde bygget. Tønden med en diameter på 7 m var 3 km (!) I højden og skulle placeres lodret inde i et bjerg med passende dimensioner. For at få adgang til "slutstykket" for den gigantiske kanon blev der lavet tunneler ved bunden af bjerget. Der var også et anlæg til produktion af brint fra naturgas og en kæmpe dampgenerator.
Derfra kom dampen gennem rørledninger ind i akkumulatoren - en stålkugle på 100 meter i diameter, placeret en halv kilometer under tøndebunden og stift "monteret" i klippemassen for at give den nødvendige vægstyrke: dampen i akkumulator havde en temperatur på ca. 5500C og et tryk på mere end 500 atm.
Dampakkumulatoren blev forbundet til en beholder med hydrogen placeret over den, en cylinder med en diameter på 25 m og en længde på ca. 400 m med afrundede baser ved hjælp af et rørsystem og 70 højhastighedsventiler, hver ca. 1 m i diameter. Til gengæld blev en brintcylinder med et system med 70 lidt større ventiler (1,2 m i diameter) forbundet til tøndebunden. Det hele fungerede sådan: damp blev pumpet fra akkumulatoren ind i cylinderen og på grund af dens højere densitet indtog den nederste del og komprimerede brint i den øvre del til 320 atm. og varme den op til 17000C.
Rumfartøjet blev installeret på en særlig platform, der fungerede som en palle under acceleration i tønden. Det centrerede samtidigt apparatet og reducerede gennembruddet for accelererende brint (sådan er moderne sub-kaliber projektiler arrangeret). For at reducere modstanden mod acceleration blev luft pumpet ud af cylinderen, og mundingen blev forseglet med en særlig membran.
Omkostningerne ved at bygge rumkanonen blev af B&W anslået til omkring $ 270 mio. Men så kunne kanonen "skyde" hver fjerde dag og reducere omkostningerne ved den første etape af Saturn -raketten fra $ 5 millioner til nogle sølle $ 100 tusind. Samtidig faldt omkostningerne ved at sætte 1 kg nyttelast i kredsløb fra $ 2500 til $ 400.
For at bevise systemets effektivitet foreslog udviklerne at bygge en målemodel på 1:10 i en af de forladte miner. NASA tøvede: efter at have investeret enorme beløb i udviklingen af traditionelle raketter havde agenturet ikke råd til at bruge 270 millioner dollars på konkurrerende teknologi og endda med et ukendt resultat. Desuden gjorde en overbelastning på 100 g, omend i to sekunder, klart det umuligt at bruge superpistolen i et bemandet rumprogram.
Jules Vernes drøm
Graham og Smith var hverken de første eller de sidste ingeniører til at fange fantasien om konceptet med at opsende rumfartøjer med en kanon. I begyndelsen af 1960'erne udviklede canadiske Gerald Bull High Research Research Project (HARP) og affyrede atmosfæriske sonder i højder til næsten 100 km højde. På Livermore National Laboratory. Lawrence i Californien indtil 1995, som en del af SHARP (Super High Altitude Research Project) -projektet under ledelse af John Hunter, blev der udviklet en totrins pistol, hvor brint blev komprimeret ved at brænde metan, og et projektil på fem kilo accelereret til 3 km / s. Der var også mange projekter af jernbanevåben - elektromagnetiske acceleratorer til opsendelse af rumfartøjer.
Men alle disse projekter falmede før B&W supergun.”Der var en frygtelig, uhørt, utrolig eksplosion! Det er umuligt at formidle dens kraft - det ville dække det mest øredøvende torden og endda brølet fra et vulkanudbrud. Fra jordens tarme steg et gigantisk ildskår, som fra et vulkaners krater. Jorden rystede, og næsten ingen af tilskuerne formåede i det øjeblik at se projektilet triumferende skære gennem luften i en hvirvelvind af røg og ild "… - sådan beskrev Jules Verne skudet af kæmpen Columbiade i sin berømte roman.
Graham-Smith-kanonen skulle have gjort et endnu stærkere indtryk. Ifølge beregninger krævede hver opsendelse omkring 100 tons brint, som efter projektilet blev smidt i atmosfæren. Opvarmet til en temperatur på 17000C antændte det, da det kom i kontakt med atmosfærisk ilt, hvilket gjorde bjerget til en kæmpe fakkel, en ildsøjle, der strakte sig flere kilometer opad. Når en sådan mængde brint brænder, dannes 900 tons vand, som ville forsvinde i form af damp og regn ned (muligvis kogning i umiddelbar nærhed). Showet sluttede dog ikke der. Efter det brændende brint blev 25.000 tons overophedet damp kastet opad og dannede en kæmpe gejser. Damp spredte sig også delvist, delvist kondenseret og faldt ud i form af kraftig nedbør (generelt truede tørke ikke den umiddelbare nærhed). Alt dette måtte naturligvis ledsages af fænomener som tornadoer, tordenvejr og lyn.
Jules Verne ville have elsket det. Planen var dog stadig for fantastisk, derfor trods alle specialeffekterne foretrak NASA den mere traditionelle måde at rumskyde på - raketopskydninger. Ærgerligt: en mere steampunk -metode er svær at forestille sig.
