Steam ar putea face lucrări serioase nu numai în secolul al XIX-lea, ci și în secolul al XXI-lea.
Primul satelit artificial al Pământului, lansat pe orbită pe 4 octombrie 1957, de URSS, cântărea doar 83,6 kg. El a fost cel care a deschis epoca spațială pentru umanitate. În același timp, cursa spațială a început între cele două puteri - Uniunea Sovietică și Statele Unite. Mai puțin de o lună mai târziu, URSS a uimit din nou lumea prin lansarea unui al doilea satelit cu o greutate de 508 kg, cu câinele Laika la bord. Statele Unite au putut răspunde la apel numai în anul următor, 1958, prin lansarea satelitului Explorer-1 pe 31 ianuarie. Mai mult, masa sa a fost de zece ori mai mică decât primul satelit sovietic - 8, 3 kg … Inginerii americani, desigur, și-ar putea imagina punerea unui orbit mai greu pe satelit, dar chiar la gândul la cât de mult combustibil ar trebui să transporte vehiculul de lansare, nu au făcut-o singuri. Una dintre revistele americane populare a scris: „Pentru a lansa un satelit pe orbita pământului, masa rachetei trebuie să depășească masa sarcinii utile de câteva mii de ori. Dar oamenii de știință cred că progresele tehnologice le vor permite să reducă acest raport la o sută . Dar chiar și această cifră presupunea că lansarea unui satelit suficient de mare pentru a fi util ar necesita arderea unor cantități uriașe de combustibil scump.
Pentru a reduce costul primei etape, au fost propuse o varietate de opțiuni: de la construirea unei nave spațiale reutilizabile la idei complet fantastice. Printre acestea se număra și ideea lui Arthur Graham, șef de dezvoltare avansată la Babcock & Wilcox (B&W), care fabrică cazane de abur din 1867. Împreună cu un alt inginer B&W, Charles Smith, Graham a încercat să-și dea seama dacă nava spațială ar putea fi pusă pe orbită folosind … abur.
Abur și hidrogen
Graham a fost în acest moment angajat în dezvoltarea cazanelor supercritice de înaltă temperatură care funcționează la temperaturi peste 3740C și presiuni peste 220 atm. (deasupra acestui punct critic, apa nu mai este un lichid sau un gaz, ci un așa-numit fluid supercritic, combinând proprietățile ambelor). Se poate folosi aburul ca „împingător” pentru a reduce cantitatea de combustibil din prima etapă a unui vehicul de lansare? Primele estimări nu au fost prea optimiste. Faptul este că rata de expansiune a oricărui gaz este limitată de viteza sunetului din acest gaz. La o temperatură de 5500C, viteza de propagare a sunetului în vaporii de apă este de aproximativ 720 m / s, la 11000C - 860 m / s, la 16500C - 1030 m / s. Aceste viteze pot părea mari, dar nu trebuie uitat că chiar și prima viteză cosmică (necesară pentru a pune un satelit pe orbită) este de 7, 9 km / s. Deci, un vehicul de lansare, deși suficient de mare, va fi totuși necesar.
Cu toate acestea, Graham și Smith au găsit o altă cale. Nu s-au limitat doar la feribot. În martie 1961, la instrucțiunile conducerii B&W, au pregătit un document secret intitulat „Steam Hydrogen Booster for Spacecraft Launch”, care a fost adus în atenția NASA. (Cu toate acestea, secretul nu a durat mult, până în 1964, când lui Graham și Smith i s-a acordat brevetul SUA nr. 3131597 - „Metodă și aparat pentru lansarea rachetelor”). În document, dezvoltatorii au descris un sistem capabil să accelereze o navă spațială cu o greutate de până la 120 de tone la o viteză de aproape 2,5 km / s, în timp ce accelerațiile, conform calculelor, nu depășeau 100g. O accelerare suplimentară până la prima viteză spațială trebuia efectuată cu ajutorul rapperelor.
Deoarece aburul nu este capabil să accelereze un proiectil spațial la această viteză, inginerii B&W au decis să utilizeze o schemă în două etape. În prima etapă, hidrogenul comprimat cu abur și astfel încălzit, viteza sunetului în care este mult mai mare (la 5500C - 2150 m / s, la 11000C - 2760 m / s, la 16500C - mai mult de 3 km / s). Hidrogenul trebuia să accelereze direct nava spațială. În plus, costurile de frecare la utilizarea hidrogenului au fost semnificativ mai mici.
Super arma
Lansatorul în sine trebuia să fie o structură grandioasă - o gigantică super-armă, egală cu care nimeni nu construise vreodată. Butoiul cu diametrul de 7 m avea o înălțime de 3 km (!) Și trebuia să fie amplasat vertical în interiorul unui munte de dimensiuni adecvate. Pentru a accesa „spatele” tunului uriaș, au fost realizate tuneluri la baza muntelui. Exista, de asemenea, o instalație pentru producerea hidrogenului din gaze naturale și un generator de abur gigant.
De acolo, aburul prin conducte a intrat în acumulator - o sferă de oțel de 100 metri diametru, situată la jumătate de kilometru sub baza butoiului și „montată” rigid în masa de rocă pentru a asigura rezistența necesară a peretelui: vaporii din acumulatorul avea o temperatură de aproximativ 5500C și o presiune mai mare de 500 atm.
Acumulatorul de abur a fost conectat la un recipient cu hidrogen situat deasupra acestuia, un cilindru cu un diametru de 25 m și o lungime de aproximativ 400 m cu baze rotunjite, folosind un sistem de țevi și 70 de supape de mare viteză, fiecare aproximativ 1 m în diametru. La rândul său, un cilindru de hidrogen cu un sistem de 70 de supape ceva mai mari (1,2 m în diametru) a fost conectat la baza butoiului. Totul a funcționat astfel: aburul a fost pompat din acumulator în cilindru și, datorită densității sale mai mari, a ocupat partea inferioară, comprimând hidrogenul în partea superioară la 320 atm. și încălzind-o până la 17000C.
Nava spațială a fost instalată pe o platformă specială care a servit ca palet în timpul accelerării în butoi. A centrat simultan aparatul și a redus progresul hidrogenului accelerat (așa sunt aranjate proiectilele moderne de sub-calibru). Pentru a reduce rezistența la accelerație, aerul a fost pompat din butoi, iar botul a fost sigilat cu o diafragmă specială.
Costul construirii tunului spațial a fost estimat de B&W la aproximativ 270 de milioane de dolari. Dar apoi tunul ar putea „trage” la fiecare patru zile, reducând costul primei etape a rachetei Saturn de la 5 milioane de dolari la 100 mii de dolari. În același timp, costul punerii 1 kg de sarcină utilă pe orbită a scăzut de la 2500 la 400 de dolari.
Pentru a dovedi eficiența sistemului, dezvoltatorii au propus să construiască un model la scară 1:10 într-una din minele abandonate. NASA a ezitat: după ce a investit sume uriașe de bani în dezvoltarea rachetelor tradiționale, agenția nu și-a putut permite să cheltuiască 270 de milioane de dolari pentru tehnologia concurentă și chiar cu un rezultat necunoscut. Mai mult, o supraîncărcare de 100g, deși timp de două secunde, a făcut în mod clar imposibilă utilizarea superarmei într-un program spațial echipat.
Visul lui Jules Verne
Graham și Smith nu au fost nici primii, nici ultimii ingineri care au captat imaginația conceptului de lansare a navei spațiale cu un tun. La începutul anilor 1960, canadianul Gerald Bull dezvoltă Proiectul de Cercetare la Altitudine Mare (HARP), lansând sonde atmosferice la altitudine mare la o altitudine de aproape 100 km. La Laboratorul Național Livermore. Lawrence în California până în 1995, ca parte a proiectului SHARP (Super High Altitude Research Project) sub conducerea lui John Hunter, a fost dezvoltat un pistol în două etape, în care hidrogenul era comprimat prin arderea metanului și un proiectil de cinci kilograme accelerat până la 3 km / s. Au existat, de asemenea, multe proiecte de arme feroviare - acceleratoare electromagnetice pentru lansarea navei spațiale.
Dar toate aceste proiecte au dispărut înaintea super-pistolului B&W. „A fost o explozie teribilă, nemaiauzită, incredibilă! Este imposibil să-și transmită puterea - ar acoperi tunetul cel mai asurzitor și chiar vuietul unei erupții vulcanice. Din măruntaiele pământului s-a ridicat un snop gigantic de foc, parcă din craterul unui vulcan. Pământul s-a cutremurat și aproape niciunul dintre spectatori nu a reușit în acel moment să vadă proiectilul tăind triumfător prin aer într-un vârtej de fum și foc "… - așa a descris Jules Verne împușcătura gigantului Columbiade în celebrul său roman.
Tunul Graham-Smith ar fi trebuit să facă o impresie și mai puternică. Conform calculelor, fiecare lansare necesita aproximativ 100 de tone de hidrogen, care, în urma proiectilului, a fost aruncat în atmosferă. Încălzit la o temperatură de 17000C, s-a aprins când a intrat în contact cu oxigenul atmosferic, transformând muntele într-o torță uriașă, un stâlp de foc care se întinde la câțiva kilometri în sus. Când o astfel de cantitate de hidrogen arde, se formează 900 de tone de apă, care s-ar disipa sub formă de abur și ar ploua (eventual fierbând în imediata apropiere). Cu toate acestea, spectacolul nu s-a încheiat aici. În urma arderii hidrogenului, 25.000 de tone de abur supraîncălzit au fost aruncate în sus, formând un gheizer uriaș. De asemenea, aburul s-a dispersat parțial, parțial s-a condensat și a căzut sub formă de precipitații abundente (în general, seceta nu a amenințat vecinătatea imediată). Toate acestea, desigur, trebuiau însoțite de fenomene precum tornade, furtuni și fulgere.
Jules Verne i-ar fi plăcut. Cu toate acestea, planul era încă prea fantastic, prin urmare, în ciuda tuturor efectelor speciale, NASA a preferat modul mai tradițional de lansări spațiale - lansări de rachete. Pacat: o metoda mai steampunk este greu de imaginat.
