Steam je mogao ozbiljno raditi ne samo u 19. veku, već i u 21. veku.
Prvi umjetni Zemljin satelit, koji je SSSR lansirao u orbitu 4. oktobra 1957. godine, težio je samo 83,6 kg. On je otvorio svemirsko doba za čovječanstvo. U isto vrijeme započela je svemirska utrka između dvije sile - Sovjetskog Saveza i Sjedinjenih Država. Manje od mjesec dana kasnije, SSSR je ponovo zadivio svijet lansiranjem drugog satelita težine 508 kg sa psom Laikom na brodu. Sjedinjene Države mogle su se odazvati pozivu tek sljedeće 1958. godine lansiranjem satelita Explorer-1 31. januara. Štaviše, njegova masa je bila deset puta manja od prvog sovjetskog satelita - 8, 3 kg … Američki inženjeri su, naravno, mogli zamisliti da u orbitu stave teži satelit, ali pri samoj pomisli koliko bi goriva lansirno vozilo trebalo nositi, nisu sami. Jedan od popularnih američkih časopisa napisao je: „Da bi lansirali satelit u niskozemljašku orbitu, masa rakete mora premašiti masu korisnog tereta nekoliko hiljada puta. No, znanstvenici vjeruju da će im napredak tehnologije omogućiti da taj omjer smanje na sto. Ali čak je i ta brojka implicirala da bi lansiranje satelita dovoljno velikog da bi bilo korisno zahtijevalo sagorijevanje ogromnih količina skupog goriva.
Kako bi se smanjili troškovi prve faze, predložene su različite mogućnosti: od izgradnje svemirske letjelice za višekratnu upotrebu do potpuno fantastičnih ideja. Među njima je bila i ideja Arthura Grahama, voditelja naprednog razvoja u Babcock & Wilcoxu (B&W), koji proizvodi parne kotlove od 1867. Zajedno s drugim inženjerom za crno -bijelo, Charlesom Smithom, Graham je pokušao otkriti može li se svemirska letjelica staviti u orbitu pomoću … pare.
Para i vodonik
Graham se u to vrijeme bavio razvojem superkritičnih visokotemperaturnih kotlova koji rade na temperaturama iznad 3740C i pritiscima iznad 220 atm. (iznad ove kritične tačke, voda više nije tečnost ili gas, već takozvana superkritična tečnost, koja kombinuje svojstva oba). Može li se para koristiti kao "potiskivač" za smanjenje količine goriva u prvoj fazi lansirnog vozila? Prve procjene nisu bile pretjerano optimistične. Činjenica je da je brzina širenja bilo kojeg plina ograničena brzinom zvuka u tom plinu. Na temperaturi od 5500C, brzina širenja zvuka u vodenoj pari je oko 720 m / s, pri 11000C - 860 m / s, pri 16500C - 1030 m / s. Te se brzine mogu činiti visokim, ali ne treba zaboraviti da je čak i prva kozmička brzina (potrebna za postavljanje satelita u orbitu) 7,9 km / s. Dakle, lansirno vozilo, iako dovoljno veliko, i dalje će biti potrebno.
Međutim, Graham i Smith pronašli su drugi način. Nisu se ograničili samo na trajekt. U ožujku 1961. godine, prema uputama uprave B&W -a, pripremili su tajni dokument pod nazivom "Parni pojačivač vodika za lansiranje svemirskih letjelica", na koji je skrenuta pažnja NASA -e. (Međutim, tajnost nije dugo trajala, sve do 1964. godine, kada su Graham i Smith dobili američki patent br. 3131597 - "Metoda i aparat za lansiranje raketa"). U dokumentu su programeri opisali sistem sposoban za ubrzanje svemirske letjelice težine do 120 tona do brzine od gotovo 2,5 km / s, dok ubrzanja, prema proračunima, nisu prelazila 100 g. Daljnje ubrzanje do prve svemirske brzine trebalo je izvesti uz pomoć raketnih pojačivača.
Budući da para nije u stanju ubrzati svemirski projektil na ovu brzinu, crno-bijeli inženjeri odlučili su koristiti dvostupanjsku shemu. U prvoj fazi para je komprimirala i tako zagrijala vodik čija je brzina zvuka mnogo veća (pri 5500C - 2150 m / s, pri 11000C - 2760 m / s, pri 16500C - više od 3 km / s). Bio je to vodik koji je trebao izravno ubrzati svemirsku letjelicu. Osim toga, troškovi trenja pri korištenju vodika bili su znatno manji.
Super pištolj
Sam bacač trebao je biti grandiozna građevina - gigantska super -pištolj, jednaka kakvoj niko nikada nije sagradio. Cijev promjera 7 m bila je visine 3 km (!) I morala se nalaziti okomito unutar planine odgovarajućih dimenzija. Za pristup "zatvaraču" divovskog topa napravljeni su tuneli u podnožju planine. Postojalo je i postrojenje za proizvodnju vodika iz prirodnog plina i džinovski generator pare.
Odatle je para kroz cjevovode ulazila u akumulator - čeličnu kuglu promjera 100 metara, smještenu pola kilometra ispod dna cijevi i kruto "montiranu" u stijensku masu kako bi osigurala potrebnu čvrstoću zida: para u akumulator je imao temperaturu od oko 5500C i pritisak veći od 500 atm.
Akumulator pare bio je spojen na spremnik s vodikom koji se nalazio iznad njega, cilindar promjera 25 m i dužine oko 400 m sa zaobljenim dnom, koristeći sistem cijevi i 70 brzih ventila, svaki oko 1 m u prečnik. Zauzvrat, cilindrični vodik sa sustavom od 70 malo većih ventila (promjera 1,2 m) spojen je na podnožje cijevi. Sve je funkcioniralo ovako: para se ispumpavala iz akumulatora u cilindar i zbog veće gustoće zauzimala njegov donji dio, komprimirajući vodik u gornjem dijelu na 320 atm. i zagrevanje do 17000C.
Letjelica je instalirana na posebnoj platformi koja je služila kao paleta pri ubrzanju u cijevi. Istovremeno je centrirao aparat i smanjio proboj ubrzavajućeg vodika (tako su raspoređeni moderni projektili podkalibra). Kako bi se smanjio otpor ubrzanju, zrak se ispumpavao iz cijevi, a njuška je zapečaćena posebnom membranom.
Troškove izgradnje svemirskog topa B&W je procijenio na oko 270 miliona dolara, ali tada bi top mogao "pucati" svaka četiri dana, smanjujući troškove prve faze rakete Saturn sa 5 miliona dolara na nekih bijednih 100 hiljada dolara. U isto vrijeme, cijena stavljanja 1 kg korisnog tereta u orbitu pala je sa 2500 USD na 400 USD.
Kako bi dokazali efikasnost sistema, programeri su predložili da se izgradi model razmjere 1:10 u jednom od napuštenih rudnika. NASA je oklijevala: uloživši ogromne količine novca u razvoj tradicionalnih raketa, agencija si nije mogla priuštiti da potroši 270 miliona dolara na konkurentsku tehnologiju, čak ni s nepoznatim rezultatom. Štoviše, preopterećenje od 100 g, doduše na dvije sekunde, jasno je onemogućilo upotrebu superpištolja u svemirskom programu s ljudskom posadom.
San Julesa Verna
Graham i Smith nisu bili ni prvi ni posljednji inženjeri koji su zarobili maštu koncepta lansiranja svemirskih letjelica topom. Početkom 1960-ih, Kanađanin Gerald Bull razvijao je istraživački projekt na visokim nadmorskim visinama (HARP), ispaljujući atmosferske sonde na velikoj nadmorskoj visini do visine od gotovo 100 km. U Nacionalnoj laboratoriji Livermore. Lawrence u Kaliforniji do 1995. godine, u sklopu projekta SHARP (Super High Altitude Research Project) pod vodstvom Johna Huntera, razvijen je dvostupanjski pištolj u kojem je vodik komprimiran sagorijevanjem metana, a projektil od pet kilograma ubrzan do 3 km / s. Bilo je i mnogo projekata željezničkih topova - elektromagnetnih akceleratora za lansiranje svemirskih letjelica.
Ali svi su ti projekti izblijedjeli prije B&W superpuške. “Dogodila se strašna, nečuvena, nevjerojatna eksplozija! Nemoguće je prenijeti njegovu moć - pokrila bi najglušu grmljavinu, pa čak i tutnjavu vulkanske erupcije. Iz utrobe zemlje digao se golemi vatreni snop, kao iz kratera vulkana. Zemlja se tresla, a jedva da je neko od gledalaca u tom trenutku uspio vidjeti kako projektil trijumfalno presijeca zrak u vrtlogu dima i vatre "… - tako je Jules Verne opisao snimak diva Kolumbijade u svom čuvenom roman.
Graham-Smith top je trebao ostaviti još snažniji utisak. Prema proračunima, za svako lansiranje bilo je potrebno oko 100 tona vodika, koji je nakon projektila bačen u atmosferu. Zagrijano na temperaturu od 17000C, zapalilo se kada je došlo u kontakt s atmosferskim kisikom, pretvarajući planinu u ogromnu baklju, vatreni stup koji se proteže nekoliko kilometara prema gore. Kad takva količina vodika izgori, nastaje 900 tona vode koja bi se rasipala u obliku pare i kiše (moguće da ključa u neposrednoj blizini). Međutim, predstava nije tu stala. Nakon gorućeg vodika, 25.000 tona pregrijane pare bačeno je prema gore, tvoreći ogromni gejzir. Para se također djelomično raspršila, djelomično kondenzirala i ispala u obliku obilnih padavina (općenito, suša nije prijetila neposrednoj blizini). Sve je to, naravno, moralo biti popraćeno pojavama poput tornada, grmljavine i munje.
Jules Verne bi se to svidjelo. Međutim, plan je i dalje bio previše fantastičan, pa je NASA unatoč svim posebnim efektima preferirala tradicionalniji način lansiranja u svemir - lansiranje raketa. Šteta: više steampunk metode teško je zamisliti.
