Steam voi tehdä vakavaa työtä paitsi 1800 -luvulla myös 2000 -luvulla.
Ensimmäinen keinotekoinen Maasatelliitti, jonka Neuvostoliitto laukaisi kiertoradalle 4. lokakuuta 1957, painoi vain 83,6 kg. Hän avasi avaruuskauden ihmiskunnalle. Samaan aikaan avaruuskilpailu alkoi kahden suurvallan - Neuvostoliiton ja Yhdysvaltojen - välillä. Alle kuukautta myöhemmin Neuvostoliitto hämmästytti maailmaa jälleen lähettämällä toisen 508 kg: n satelliitin koiran Laikan kanssa. Yhdysvallat pystyi vastaamaan puheluun vasta ensi vuonna, 1958, laukaisemalla Explorer-1-satelliitin 31. tammikuuta. Lisäksi sen massa oli kymmenen kertaa pienempi kuin ensimmäisen Neuvostoliiton satelliitin - 8, 3 kg … Amerikkalaiset insinöörit tietysti voisivat kuvitella raskaamman satelliitin asettamisen kiertoradalle, mutta jo ajatellen, kuinka paljon polttoainetta kantoraketin pitäisi kuljettaa, he eivät itse. Eräs suosittu amerikkalainen aikakauslehti kirjoitti:”Jotta satelliitti saataisiin matalan maan kiertoradalle, raketin massan on ylitettävä hyötykuorman massa useita tuhansia kertoja. Mutta tiedemiehet uskovat, että tekniikan kehitys antaa heille mahdollisuuden pienentää tätä suhdetta sataan. Mutta jopa tämä luku viittasi siihen, että riittävän suuren satelliitin laukaiseminen olisi hyödyllistä vaatisi suuria määriä kallista polttoainetta.
Ensimmäisen vaiheen kustannusten alentamiseksi on ehdotettu erilaisia vaihtoehtoja: uudelleenkäytettävän avaruusaluksen rakentamisesta täysin fantastisiin ideoihin. Heidän joukossaan oli ajatus Arthur Grahamista, Babcock & Wilcoxin (B&W) kehittyneen kehityksen johtajasta, joka on valmistanut höyrykattiloita vuodesta 1867. Yhdessä toisen B&W -insinöörin Charles Smithin kanssa Graham yritti selvittää, voitaisiinko avaruusalus saattaa kiertoradalle käyttämällä … höyryä.
Höyryä ja vetyä
Tällä hetkellä Graham oli mukana kehittämässä ylikriittisiä korkean lämpötilan kattiloita, jotka toimivat yli 3740 ° C: n lämpötiloissa ja yli 220 atm: n paineessa. (tämän kriittisen pisteen yläpuolella vesi ei ole enää neste tai kaasu, vaan niin sanottu ylikriittinen neste, joka yhdistää molempien ominaisuudet). Voiko höyryä käyttää "työntäjänä" polttoaineen määrän vähentämiseksi kantoraketin ensimmäisessä vaiheessa? Ensimmäiset arviot eivät olleet liian optimistisia. Tosiasia on, että minkä tahansa kaasun laajentumisnopeutta rajoittaa äänen nopeus tässä kaasussa. 5500 C: n lämpötilassa äänen etenemisnopeus vesihöyryssä on noin 720 m / s, 11000 - 860 m / s, 16500 - 1030 m / s. Nämä nopeudet saattavat vaikuttaa suurelta, mutta ei pidä unohtaa, että jopa ensimmäinen kosminen nopeus (vaaditaan satelliitin kiertämiseen) on 7,9 km / s. Joten kantorakettia tarvitaan, vaikka se on riittävän suuri.
Graham ja Smith löysivät kuitenkin toisen tavan. He eivät rajoittuneet pelkästään lauttaan. Maaliskuussa 1961 he valmistelivat B&W: n johdon ohjeiden mukaan NASA: n tietoon salatun asiakirjan "Steam Hydrogen Booster for Spacecraft Launch". (Salassapito ei kuitenkaan kestänyt kauan, vuoteen 1964, jolloin Graham ja Smith saivat Yhdysvaltain patentin nro 3131597 - "Menetelmä ja laite rakettien laukaisemiseksi"). Asiakirjassa kehittäjät kuvaavat järjestelmää, joka pystyy kiihdyttämään jopa 120 tonnin painoisen avaruusaluksen lähes 2,5 km / s nopeuteen, kun taas laskelmien mukaan kiihtyvyys ei ylittänyt 100 g. Edellinen kiihtyvyys ensimmäiseen avaruuden nopeuteen oli tarkoitus suorittaa raketinvahvistimien avulla.
Koska höyry ei kykene kiihdyttämään avaruus ammusta tähän nopeuteen, B&W-insinöörit päättivät käyttää kaksivaiheista kaavaa. Ensimmäisessä vaiheessa höyry puristi ja lämmitti siten vetyä, jonka äänen nopeus on paljon suurempi (5500C - 2150 m / s, 11000C - 2760 m / s, 16500C - yli 3 km / s). Se oli vety, jonka piti kiihdyttää suoraan avaruusalus. Lisäksi kitkakustannukset vetyä käytettäessä olivat huomattavasti pienemmät.
Super ase
Kantoraketin itsensä piti olla suurenmoinen rakenne - jättimäinen superase, jota kukaan ei ollut koskaan rakentanut. Tynnyri, jonka halkaisija oli 7 m, oli 3 km (!) Korkea ja sen oli sijaittava pystysuorassa sopivan kokoisen vuoren sisällä. Päästäkseen jättitykkiin "takaseinään", vuoren juureen tehtiin tunneleita. Siellä oli myös laitos, joka tuotti vetyä maakaasusta ja jättiläinen höyrystin.
Sieltä putkistojen läpi kulkeva höyry tuli akkuun - halkaisijaltaan 100 metriä oleva teräspallo, joka sijaitsee puoli kilometriä tynnyrin pohjan alla ja "asennettu" jäykästi kivimassoon tarvittavan seinämän lujuuden aikaansaamiseksi: akun lämpötila oli noin 5500 ° C ja paine yli 500 atm.
Höyryakku liitettiin säiliöön, jonka yläpuolella oli vetyä, sylinteriin, jonka halkaisija oli 25 m ja pituus noin 400 m ja pyöristetyt pohjat, käyttäen putkijärjestelmää ja 70 nopeaa venttiiliä, joista kukin noin 1 m halkaisija. Tynnyrin pohjaan liitettiin puolestaan vetypullo, jossa oli 70 hieman suurempaa venttiiliä (halkaisijaltaan 1,2 m). Kaikki toimi näin: höyryä pumpattiin akusta sylinteriin ja sen suuremman tiheyden vuoksi se otti sen alaosan puristamalla vetyä yläosassa 320 atm: iin. ja lämmittää sen 17 000 asteeseen.
Avaruusalus asennettiin erityiselle alustalle, joka toimi kuormalavana tynnyrin kiihdytyksen aikana. Se samanaikaisesti keskitti laitteen ja vähensi kiihdyttävän vedyn läpimurtoa (näin modernit sub-kaliiperi-ammukset on järjestetty). Kiihtyvyyden vähentämiseksi ilmaa pumpattiin tynnyristä ja kuono suljettiin erityisellä kalvolla.
B & W arvioi avaruuskanuunan rakentamiskustannuksiksi noin 270 miljoonaa dollaria. Mutta sitten tykki voisi "ampua" joka neljäs päivä, mikä alentaa Saturnus -raketin ensimmäisen vaiheen kustannuksia 5 miljoonasta dollarista noin 100 000 dollariin.. Samaan aikaan 1 kg hyötykuorman kiertoradalle laskemisesta aiheutuneet kustannukset laskivat 2500 dollarista 400 dollariin.
Todistaakseen järjestelmän tehokkuuden kehittäjät ehdottivat 1:10 mittakaavan rakentamista johonkin hylätyistä kaivoksista. NASA epäröi: kun virasto oli investoinut valtavia summia perinteisten rakettien kehittämiseen, virastolla ei ollut varaa käyttää 270 miljoonaa dollaria kilpailevaan tekniikkaan ja jopa tuntemattomalla tuloksella. Lisäksi 100 gramman ylikuormitus, vaikkakin kahden sekunnin ajan, teki selkeästi mahdottomaksi käyttää superaseita miehitetyssä avaruusohjelmassa.
Jules Vernen unelma
Graham ja Smith eivät olleet ensimmäisiä tai viimeisiä insinöörejä, jotka saivat mielikuvituksen käsityksestä laukaista avaruusalukset tykillä. 1960-luvun alussa kanadalainen Gerald Bull kehitti korkean korkeuden tutkimushanketta (HARP), joka ampui korkean ilmakehän koettimia lähes 100 kilometrin korkeuteen. Livermoren kansallisessa laboratoriossa. Lawrence Kaliforniassa vuoteen 1995 asti, osana SHARP (Super High Altitude Research Project) -hanketta John Hunterin johdolla, kehitettiin kaksivaiheinen ase, jossa vety puristettiin polttamalla metaania, ja viiden kilon ammus kiihdytettiin nopeuteen 3 km / s. Lisäksi oli monia hankkeita rautatieaseista - sähkömagneettisista kiihdyttimistä avaruusalusten laukaisemiseksi.
Mutta kaikki nämä projektit haalistuivat ennen mustavalkoista superpistoolia.”Siellä tapahtui kauhea, ennenkuulumaton, uskomaton räjähdys! Sen voimaa on mahdotonta välittää - se kattaisi kuuroimman ukkosen ja jopa tulivuorenpurkauksen pauhuun. Maan sydämestä nousi jättimäinen tulipalo, ikään kuin tulivuoren kraatterista. Maa vapisi, ja tuskin kukaan katsojista onnistui tuolloin näkemään ammuksen voitokkaasti leikkaavan ilman läpi savun ja tulen pyörteessä. romaani.
Graham-Smithin tykin olisi pitänyt tehdä vieläkin vahvempi vaikutelma. Laskelmien mukaan jokainen laukaisu vaati noin 100 tonnia vetyä, joka ammuksen jälkeen heitettiin ilmakehään. Kuumennettu 17000 ° C: n lämpötilaan, se syttyi joutuessaan kosketuksiin ilmakehän hapen kanssa ja muutti vuoren jättiläiseksi soihtuksi, tulipatsaaksi, joka ulottui useita kilometrejä ylöspäin. Kun tällainen määrä vetyä palaa, muodostuu 900 tonnia vettä, joka haihtuu höyryn ja sateen muodossa (mahdollisesti kiehuva välittömässä läheisyydessä). Esitys ei kuitenkaan päättynyt tähän. Palavan vedyn jälkeen 25 000 tonnia tulistettua höyryä heitettiin ylöspäin muodostaen jättiläisen geysirin. Höyry myös osittain hajonnut, osittain kondensoitunut ja pudonnut rankkasateiden muodossa (yleensä kuivuus ei uhannut lähiympäristöä). Kaiken tämän oli tietysti liitettävä ilmiöihin, kuten tornadoihin, ukkosmyrskyihin ja salamoihin.
Jules Verne olisi pitänyt siitä. Suunnitelma oli kuitenkin edelleen liian upea, joten kaikista erikoistehosteista huolimatta NASA valitsi perinteisemmän avaruuden laukaisutavan - rakettien laukaisun. Harmi: Steampunk -menetelmää on vaikea kuvitella.
