Steam kan göra seriöst arbete inte bara under 1800 -talet, utan också på 2000 -talet.
Den första artificiella jordsatelliten, som lanserades i omloppsbana den 4 oktober 1957, av Sovjetunionen, vägde bara 83,6 kg. Det var han som öppnade rymdåldern för mänskligheten. Samtidigt började rymdkapplöpningen mellan de två makterna - Sovjetunionen och USA. Mindre än en månad senare förvånade Sovjetunionen världen igen genom att skjuta upp en andra satellit som väger 508 kg med hunden Laika ombord. USA kunde besvara samtalet först nästa år, 1958, genom att starta Explorer-1-satelliten den 31 januari. Dessutom var dess massa tio gånger mindre än den första sovjetiska satelliten - 8, 3 kg … Amerikanska ingenjörer kunde naturligtvis tänka sig att sätta en tyngre satellit i omloppsbana, men bara vid tanken på hur mycket bränsle lanseringsfordonet bör bära, det gjorde de inte själv. En av de populära amerikanska tidskrifterna skrev:”För att skjuta upp en satellit i en jordbana måste raketens massa överstiga nyttolastens massa med flera tusen gånger. Men forskare tror att tekniska framsteg gör att de kan minska detta förhållande till hundra. Men även den siffran antydde att att skjuta upp en satellit som var tillräckligt stor för att vara användbar skulle kräva att stora mängder dyrt bränsle brändes.
För att minska kostnaden för den första etappen har en mängd olika alternativ föreslagits: från att bygga en återanvändbar rymdfarkost till helt fantastiska idéer. Bland dem fanns idén om Arthur Graham, chef för avancerad utveckling på Babcock & Wilcox (B&W), som har tillverkat ångpannor sedan 1867. Tillsammans med en annan B & W -ingenjör, Charles Smith, försökte Graham ta reda på om rymdfarkosten kunde sättas i en bana med … ånga.
Ånga och väte
Graham var vid denna tidpunkt engagerad i utvecklingen av superkritiska högtemperaturpannor som arbetar vid temperaturer över 3740C och tryck över 220 atm. (ovanför denna kritiska punkt är vatten inte längre en vätska eller en gas, utan en så kallad superkritisk vätska, som kombinerar båda egenskaperna). Kan ånga användas som en "pusher" för att minska mängden bränsle i det första steget i ett uppskjutningsfordon? De första uppskattningarna var inte alltför optimistiska. Faktum är att expansionshastigheten för vilken gas som helst begränsas av ljudets hastighet i denna gas. Vid en temperatur på 5500C är ljudutbredningens hastighet i vattenånga cirka 720 m / s, vid 11000C - 860 m / s, vid 16500C - 1030 m / s. Dessa hastigheter kan verka höga, men man bör inte glömma att även den första kosmiska hastigheten (krävs för att sätta en satellit i omloppsbana) är 7, 9 km / s. Så ett lanseringsfordon, även om det är tillräckligt stort, kommer fortfarande att behövas.
Men Graham och Smith hittade ett annat sätt. De begränsade sig inte till bara färjan. I mars 1961 utarbetade de på instruktioner från B&W -ledningen ett hemligt dokument med titeln "Steam Hydrogen Booster for Space Shared Launch", som uppmärksammades av NASA. (Sekretessen varade dock inte länge, till 1964, då Graham och Smith beviljades amerikanskt patent nr 3131597 - "Metod och apparater för att skjuta upp raketer"). I dokumentet beskrev utvecklarna ett system som kan accelerera ett rymdfarkoster som väger upp till 120 ton till en hastighet på nästan 2,5 km / s, medan accelerationerna, enligt beräkningar, inte översteg 100g. Ytterligare acceleration till den första rymdhastigheten skulle utföras med hjälp av raketförstärkare.
Eftersom ånga inte kan accelerera en rymdprojektil till denna hastighet bestämde sig B&W-ingenjörer för att använda ett tvåstegsschema. I det första steget ångkomprimerade och därmed uppvärmda väte, vars ljudhastighet är mycket högre (vid 5500C - 2150 m / s, vid 11000C - 2760 m / s, vid 16500C - mer än 3 km / s). Det var väte som skulle accelerera rymdfarkosten direkt. Dessutom var friktionskostnaderna vid användning av väte betydligt lägre.
Superpistol
Självskjutaren skulle vara en storslagen struktur - en gigantisk supergevär, som ingen någonsin hade byggt. Tunnan med en diameter på 7 m var 3 km (!) I höjd och måste placeras vertikalt inuti ett berg med lämpliga dimensioner. För att få åtkomst till jättekanonens "slyna" gjordes tunnlar vid foten av berget. Det fanns också en anläggning för att producera väte från naturgas och en gigantisk ånggenerator.
Därifrån kom ångan genom rörledningarna in i ackumulatoren - en stålkula med en diameter på 100 meter, som ligger en halv kilometer under fatets bas och stift "monteras" i bergmassan för att ge den nödvändiga väggstyrkan: ångan i ackumulator hade en temperatur på cirka 5500C och ett tryck på mer än 500 atm.
Ångackumulatoren var ansluten till en behållare med väte ovanför den, en cylinder med en diameter på 25 m och en längd på cirka 400 m med rundade baser, med hjälp av ett rörsystem och 70 höghastighetsventiler, var och en ca 1 m i diameter. I sin tur var en vätecylinder med ett system med 70 något större ventiler (1,2 m i diameter) ansluten till fatets bas. Allt fungerade så här: ånga pumpades från ackumulatorn in i cylindern och på grund av dess högre densitet upptog dess nedre del och komprimerade väte i den övre delen till 320 atm. och värmer upp till 17000C.
Rymdfarkosten installerades på en speciell plattform som fungerade som en pall under acceleration i pipan. Den centrerade samtidigt apparaten och minskade genombrottet för accelererande väte (så här är moderna subkaliberprojektiler ordnade). För att minska accelerationsmotståndet pumpades luft ut ur pipan och nospartiet förseglades med ett speciellt membran.
Kostnaden för att bygga rymdkanonen uppskattades av B&W till cirka 270 miljoner dollar. Men då kunde kanonen "skjuta" var fjärde dag, vilket skulle minska kostnaden för den första etappen av Saturn -raketen från $ 5 miljoner till några tusen dollar. Samtidigt sjönk kostnaden för att sätta 1 kg nyttolast i omloppsbana från $ 2500 till $ 400.
För att bevisa systemets effektivitet föreslog utvecklarna att bygga en skalmodell på 1:10 i en av de övergivna gruvorna. NASA tvekade: efter att ha investerat enorma mängder pengar i utvecklingen av traditionella raketer hade byrån inte råd att lägga 270 miljoner dollar på konkurrerande teknik, och även med ett okänt resultat. Dessutom gjorde en överbelastning på 100 g, om än i två sekunder, klart det omöjligt att använda supergeväret i ett bemannat rymdprogram.
Jules Vernes dröm
Graham och Smith var varken de första eller de sista ingenjörerna som fångade fantasin om konceptet att skjuta upp rymdfarkoster med en kanon. I början av 1960-talet utvecklade kanadensiska Gerald Bull High Altitude Research Project (HARP) och avfyrade atmosfäriska sonder på hög höjd till nästan 100 km höjd. På Livermore National Laboratory. Lawrence i Kalifornien fram till 1995, som en del av projektet SHARP (Super High Altitude Research Project) under ledning av John Hunter, utvecklades en tvåstegspistol, där väte komprimerades genom att metan brändes och en projektil på fem kilo accelererades till 3 km / s. Det fanns också många järnvägsprojekt - elektromagnetiska acceleratorer för att skjuta upp rymdfarkoster.
Men alla dessa projekt bleknade före B&W supergevär.”Det var en fruktansvärd, oöverträffad, otrolig explosion! Det är omöjligt att förmedla dess kraft - det skulle täcka det mest öronbedövande åskan och till och med vrålen från ett vulkanutbrott. Från jordens tarmar steg en gigantisk eldskiva, som från en vulkanens krater. Jorden skakade och knappt någon av åskådarna lyckades i det ögonblicket se projektilen triumferande skära genom luften i en virvelvind av rök och eld "… - så beskrev Jules Verne skottet på jätten Columbiade i sin berömda roman.
Graham-Smith-kanonen borde ha gjort ett ännu starkare intryck. Enligt beräkningar krävdes varje sjösättning cirka 100 ton väte, som efter projektilen kastades ut i atmosfären. Uppvärmd till en temperatur av 17000C antändes den när den kom i kontakt med atmosfäriskt syre och förvandlade berget till en gigantisk fackla, en eldpelare som sträckte sig flera kilometer uppåt. När en sådan mängd väte brinner bildas 900 ton vatten, som skulle försvinna i form av ånga och regna ner (eventuellt kokning i omedelbar närhet). Showen slutade dock inte där. Efter det brinnande vätet kastades 25 000 ton överhettad ånga uppåt och bildade en gigantisk gejser. Ånga dispergerades också delvis, delvis kondenserades och föll ut i form av kraftiga nederbörd (i allmänhet hotade inte torka den omedelbara närheten). Allt detta måste naturligtvis åtföljas av fenomen som tornado, åskväder och blixtnedslag.
Jules Verne hade älskat det. Men planen var fortfarande för fantastisk, därför, trots alla specialeffekter, föredrog NASA det mer traditionella sättet för rymduppskjutningar - raketuppskjutningar. Synd: en mer steampunk -metod är svår att föreställa sig.
