„Steam“galėjo rimtai dirbti ne tik XIX a., Bet ir XXI amžiuje.
Pirmasis dirbtinis Žemės palydovas, į SSRS paleistas į orbitą 1957 m. Spalio 4 d., Svėrė tik 83,6 kg. Būtent jis atvėrė žmonijai kosmoso amžių. Tuo pačiu metu prasidėjo kosminės lenktynės tarp dviejų galių - Sovietų Sąjungos ir JAV. Nepraėjus nė mėnesiui, SSRS vėl nustebino pasaulį, paleisdama antrąjį 508 kg sveriantį palydovą su šunimi Laika. Jungtinės Valstijos į skambutį galėjo atsiliepti tik kitais metais, 1958 m., Sausio 31 d. Paleisdamos palydovą „Explorer-1“. Be to, jo masė buvo dešimt kartų mažesnė nei pirmojo sovietinio palydovo - 8, 3 kg … Žinoma, amerikiečių inžinieriai galėjo įsivaizduoti sunkesnį palydovą į orbitą, tačiau vien pagalvojus, kiek degalų turėtų nešti nešančioji transporto priemonė, jie to nedarė patys. Vienas iš populiarių Amerikos žurnalų rašė: „Norint paleisti palydovą į žemos žemės orbitą, raketos masė turi kelis tūkstančius kartų viršyti naudingosios apkrovos masę. Tačiau mokslininkai mano, kad technologijų pažanga leis jiems sumažinti šį santykį iki šimto “. Tačiau net ir šis skaičius reiškė, kad norint paleisti pakankamai didelį palydovą, kad jis būtų naudingas, reikės sudeginti didžiulį kiekį brangaus kuro.
Siekiant sumažinti pirmojo etapo išlaidas, buvo pasiūlyta įvairių variantų: nuo daugkartinio erdvėlaivio kūrimo iki visiškai fantastiškų idėjų. Tarp jų buvo ir „Babcock & Wilcox“(B&W), gaminančio garo katilus nuo 1867 m., Pažangios plėtros vadovo Artūro Grahamo idėja. Kartu su kitu „B&W“inžinieriumi Charlesu Smithu Grahamas bandė išsiaiškinti, ar erdvėlaivį būtų galima iškelti į orbitą naudojant … garus.
Garas ir vandenilis
Šiuo metu Grahamas kūrė superkritinius aukštos temperatūros katilus, veikiančius aukštesnėje nei 3740 ° C temperatūroje ir esant didesniam nei 220 atm slėgiui. (virš šio kritinio taško vanduo nebėra skystis ar dujos, o vadinamasis superkritinis skystis, derinantis abiejų savybes). Ar garus galima naudoti kaip „stūmiklį“, kad būtų sumažintas degalų kiekis pirmajame raketos etape? Pirmieji skaičiavimai nebuvo pernelyg optimistiški. Faktas yra tas, kad bet kokių dujų išsiplėtimo greitį riboja garso greitis šiose dujose. Esant 5500C temperatūrai, garso sklidimo vandens garuose greitis yra apie 720 m / s, esant 11000C - 860 m / s, esant 16500C - 1030 m / s. Šie greičiai gali atrodyti dideli, tačiau nereikėtų pamiršti, kad net pirmasis kosminis greitis (reikalingas palydovui patekti į orbitą) yra 7,9 km / s. Taigi raketos, nors ir pakankamai didelės, vis tiek reikės.
Tačiau Grahamas ir Smithas rado kitą kelią. Jie neapsiribojo tik keltu. 1961 m. Kovo mėn., B & W vadovybės nurodymu, jie parengė slaptą dokumentą „Steam Hydrogen Booster for Spacecraft Launch“, į kurį buvo atkreiptas NASA dėmesys. (Tačiau paslaptis truko neilgai, iki 1964 m., Kai Grahamui ir Smithui buvo suteiktas JAV patentas Nr. 3131597 - „Raketų paleidimo metodas ir aparatas“). Dokumente kūrėjai aprašė sistemą, galinčią pagreitinti iki 120 tonų sveriantį erdvėlaivį iki beveik 2,5 km / s greičio, o pagreitis, skaičiavimais, neviršijo 100 g. Tolesnis pagreitis iki pirmojo erdvės greičio turėjo būti atliktas naudojant raketų stiprintuvus.
Kadangi garai negali pagreitinti kosminio sviedinio iki tokio greičio, „B&W“inžinieriai nusprendė naudoti dviejų pakopų schemą. Pirmajame etape garai suspaudė ir taip kaitino vandenilį, kurio garso greitis yra daug didesnis (esant 5500C - 2150 m / s, esant 11000C - 2760 m / s, esant 16500C - daugiau nei 3 km / s). Tai buvo vandenilis, kuris turėjo tiesiogiai pagreitinti erdvėlaivį. Be to, trinties sąnaudos naudojant vandenilį buvo žymiai mažesnės.
Super pistoletas
Pats paleidimo įrenginys turėjo būti grandiozinė konstrukcija - milžiniškas superpistolelis, kurio niekas niekada nebuvo pastatęs. Statinė, kurios skersmuo 7 m, buvo 3 km (!) Aukščio ir turėjo būti vertikaliai atitinkamo dydžio kalno viduje. Norint patekti į milžiniškos patrankos „pėdsaką“, kalno apačioje buvo padaryti tuneliai. Taip pat buvo gamykla vandeniliui gaminti iš gamtinių dujų ir milžiniškas garo generatorius.
Iš ten garai per vamzdynus pateko į akumuliatorių - 100 metrų skersmens plieninį rutulį, esantį už pusės kilometro po statinės pagrindu ir standžiai „sumontuotą“į uolienų masę, kad būtų užtikrintas reikiamas sienos stiprumas: akumuliatoriaus temperatūra buvo apie 5500C, o slėgis didesnis nei 500 atm.
Garų akumuliatorius buvo prijungtas prie talpyklos su vandeniliu, esančiu virš jo, 25 m skersmens ir maždaug 400 m ilgio cilindro su užapvalintais pagrindais, naudojant vamzdžių sistemą ir 70 greitųjų vožtuvų, kurių kiekvienas yra maždaug 1 m skersmens. Savo ruožtu prie statinės pagrindo buvo prijungtas vandenilio cilindras su 70 šiek tiek didesnių vožtuvų (1,2 m skersmens) sistema. Viskas veikė taip: garai iš akumuliatoriaus buvo pumpuojami į cilindrą ir dėl didesnio tankio užėmė apatinę dalį, viršutinėje dalyje suspaudžiant vandenilį iki 320 atm. ir pašildyti iki 17000C.
Erdvėlaivis buvo sumontuotas ant specialios platformos, kuri pagreičio metu statinėje tarnavo kaip padėklas. Tai vienu metu sutelkė aparato centrą ir sumažino greitėjančio vandenilio proveržį (taip išdėstyti šiuolaikiniai subkalibro sviediniai). Siekiant sumažinti pasipriešinimą pagreičiui, iš statinės buvo išpumpuotas oras, o snukis užsandarintas specialia diafragma.
„B&W“kosminės patrankos statybos kainą įvertino apie 270 mln. JAV dolerių. Tačiau tada patranka galėtų „šaudyti“kas keturias dienas, todėl pirmojo „Saturno“raketos etapo kaina sumažėtų nuo 5 mln.. Tuo pačiu metu 1 kg naudingo krovinio išleidimo į orbitą kaina sumažėjo nuo 2500 USD iki 400 USD.
Norėdami įrodyti sistemos efektyvumą, kūrėjai pasiūlė vienoje iš apleistų kasyklų sukurti 1:10 mastelio modelį. NASA dvejojo: investavusi milžiniškas sumas į tradicinių raketų kūrimą, agentūra negalėjo sau leisti išleisti 270 mln. Be to, 100 g perkrova, nors ir dvi sekundes, aiškiai neleido naudoti superpistoleto pilotuojamoje kosmoso programoje.
Žiulio Verno svajonė
Grahamas ir Smithas nebuvo nei pirmieji, nei paskutiniai inžinieriai, užfiksavę erdvėlaivio paleidimo su patranka koncepcijos vaizduotę. Septintojo dešimtmečio pradžioje kanadietis Geraldas Bullas kūrė didelio aukščio tyrimų projektą (HARP), apšaudydamas didelio aukščio atmosferos zondus beveik 100 km aukštyje. „Livermore“nacionalinėje laboratorijoje. Lawrence'as Kalifornijoje iki 1995 m., Įgyvendinant SHARP („Super High Altitude Research Project“) projektą, kuriam vadovavo Johnas Hunteris, buvo sukurtas dviejų pakopų pistoletas, kuriame vandenilis buvo suspaustas deginant metaną, o penkių kilogramų sviedinys pagreitėjo. iki 3 km / s. Taip pat buvo daug geležinkelio ginklų projektų - elektromagnetinių greitintuvų, skirtų paleisti erdvėlaivius.
Tačiau visi šie projektai išblėso prieš „B&W“superpistolę. „Įvyko baisus, negirdėtas, neįtikėtinas sprogimas! Neįmanoma perteikti jo galios - jis apimtų labiausiai kurtinantį griaustinį ir net ugnies išsiveržimo riaumojimą. Iš žemės vidurių pakilo milžiniškas ugnies kuokštas, tarsi iš ugnikalnio kraterio. Žemė drebėjo, ir vargu ar kas nors iš žiūrovų tą akimirką sugebėjo pamatyti sviedinį pergalingai perpjovus orą dūmų ir ugnies sūkuryje “… - taip Julesas Verne'as savo garsiajame aprašė milžiniško Kolumbiados kadrą. romanas.
„Graham-Smith“patranka turėjo padaryti dar stipresnį įspūdį. Remiantis skaičiavimais, kiekvienam paleidimui reikėjo apie 100 tonų vandenilio, kuris po sviedinio buvo išmestas į atmosferą. Įkaitęs iki 17000C temperatūros, jis liepsnodamas liečiasi su atmosferos deguonimi, paversdamas kalną milžinišku žibintuvėliu, ugnies stulpu, besitęsiančiu kelis kilometrus aukštyn. Degant tokiam vandenilio kiekiui, susidaro 900 tonų vandens, kuris išsisklaidytų garų ir lietaus pavidalu (galbūt verdantis netoliese). Tačiau pasirodymas tuo nesibaigė. Po degančio vandenilio 25 000 tonų perkaitinto garo buvo išmestos į viršų, sudarant milžinišką geizerį. Garas taip pat iš dalies išsisklaidė, iš dalies sutirštėjo ir iškrito gausus lietus (apskritai sausra nekelia pavojaus artimiausiam gyvenimui). Visa tai, žinoma, turėjo lydėti tokie reiškiniai kaip viesulai, perkūnija ir žaibas.
Žiulis Vernas būtų pamėgęs. Tačiau planas vis dar buvo per daug fantastiškas, todėl, nepaisant visų specialiųjų efektų, NASA pirmenybę teikė tradiciškesniam kosminio paleidimo būdui - raketų paleidimui. Gaila: labiau steampunk metodą sunku įsivaizduoti.
