A Steam nemcsak a 19. században tudott komoly munkát végezni, hanem a 21. században is.
Az első mesterséges Föld -műhold, amelyet 1957. október 4 -én bocsátott pályára a Szovjetunió, mindössze 83,6 kg volt. Ő nyitotta meg az űrkorszakot az emberiség számára. Ugyanakkor megkezdődött az űrverseny a két hatalom - a Szovjetunió és az Egyesült Államok - között. Kevesebb mint egy hónappal később a Szovjetunió ismét lenyűgözte a világot azzal, hogy felbocsátott egy második, 508 kg súlyú műholdat Laika kutyával a fedélzetén. Az Egyesült Államok csak a következő évben, 1958-ban tudott válaszolni a hívásra, amikor január 31-én elindította az Explorer-1 műholdat. Sőt, tömege tízszer kisebb volt, mint az első szovjet műhold - 8, 3 kg … Az amerikai mérnökök természetesen el tudták képzelni, hogy egy nehezebb műholdat pályára állítanak, de már a gondolatnál, hogy mennyi üzemanyagot kell hordoznia a hordozórakétának, nem magától. Az egyik népszerű amerikai magazin ezt írta: „Ahhoz, hogy egy műholdat alacsony földi pályára bocsássanak, a rakéta tömegének több ezerszer meg kell haladnia a hasznos teher tömegét. A tudósok azonban úgy vélik, hogy a technológia fejlődése lehetővé teszi számukra, hogy ezt az arányt százra csökkentsék. De még ez a szám is azt sugallta, hogy ahhoz, hogy elegendő méretű műholdat bocsássanak rendelkezésre, hatalmas mennyiségű drága üzemanyag elégetésére lenne szükség.
Az első szakasz költségeinek csökkentése érdekében számos lehetőséget javasoltak: az újrafelhasználható űrhajó építésétől a teljesen fantasztikus ötletekig. Köztük volt Arthur Graham ötlete, a Babcock & Wilcox (B&W) fejlett fejlesztési vezetője, amely 1867 óta gyárt gőzkazánokat. Graham egy másik B&W mérnökkel, Charles Smith -szel együtt megpróbálta kitalálni, hogy az űrhajót pályára lehet állítani … gőzzel.
Gőz és hidrogén
Graham ekkor a szuperkritikus, magas hőmérsékletű kazánok fejlesztésével foglalkozott, amelyek 3740 ° C feletti hőmérsékleten és 220 atm feletti nyomáson működnek. (e kritikus pont felett a víz már nem folyadék vagy gáz, hanem úgynevezett szuperkritikus folyadék, amely egyesíti mindkettő tulajdonságait). Használható -e gőz "tolóeszközként" az üzemanyag mennyiségének csökkentésére a hordozórakéta első szakaszában? Az első becslések nem voltak túl optimisták. Az a tény, hogy bármely gáz tágulási sebességét korlátozza a hangban lévő gáz sebessége. 5500 ° C hőmérsékleten a víz terjedésének sebessége vízgőzben körülbelül 720 m / s, 11000 ° C - 860 m / s, 16500 ° C - 1030 m / s. Ezek a sebességek nagynak tűnhetnek, de nem szabad megfeledkezni arról, hogy még az első kozmikus sebesség (amely szükséges a műhold pályára állításához) 7,9 km / s. Tehát egy hordozórakéta, bár elég nagy, még mindig szükség lesz.
Graham és Smith azonban más utat találtak. Nem korlátozódtak csupán a kompra. 1961 márciusában a B&W vezetőségének utasítására elkészítették a "Steam Hydrogen Booster for Spacecraft Launch" című titkos dokumentumot, amelyre felhívták a NASA figyelmét. (A titoktartás azonban nem tartott sokáig, 1964 -ig, amikor Graham és Smith megkapta a 3131597 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmat - "Rakétaindító módszer és berendezés"). A dokumentumban a fejlesztők olyan rendszert írtak le, amely képes akár 120 tonna tömegű űreszközt majdnem 2,5 km / s sebességre gyorsítani, míg a gyorsítások a számítások szerint nem haladták meg a 100 g -ot. A további gyorsulást az első térsebességig rakétaerősítők segítségével kellett elvégezni.
Mivel a gőz nem képes felgyorsítani egy űrlövedéket ilyen sebességre, a B&W mérnökei úgy döntöttek, hogy kétlépcsős sémát alkalmaznak. Az első szakaszban gőzzel sűrítették és így fűtötték a hidrogént, amelynek hangsebessége sokkal nagyobb (5500C - 2150 m / s, 11000C - 2760 m / s, 16500C - több mint 3 km / s). A hidrogén volt az, amely közvetlenül felgyorsította az űrhajót. Ezenkívül a súrlódási költségek hidrogén használatakor lényegesen alacsonyabbak voltak.
Szuper pisztoly
Magának a hordozórakétának egy grandiózus szerkezetnek kellett lennie - egy gigantikus szuperfegyvernek, amelyhez hasonlót soha senki nem épített. A 7 m átmérőjű hordó 3 km (!) Magas volt, és függőlegesen kellett elhelyezkednie egy megfelelő méretű hegy belsejében. Az óriási ágyú "farának" eléréséhez alagutakat készítettek a hegy tövében. Volt egy földgázból hidrogént előállító üzem és egy hatalmas gőzfejlesztő is.
Innen a gőz a csővezetékeken keresztül belépett az akkumulátorba - egy 100 méter átmérőjű acélgömbbe, amely fél kilométerre található a hordó alja alatt, és mereven „be van szerelve” a kőzetmasszába, hogy biztosítsa a szükséges falszilárdságot: Az akkumulátor hőmérséklete körülbelül 5500 ° C és a nyomás több mint 500 atm.
A gőzakkumulátort egy hidrogéntartályhoz kötötték, amely fölött hidrogénnel, egy 25 m átmérőjű és körülbelül 400 m hosszú hengerhez készült, lekerekített talppal, csőrendszer és 70 nagy sebességű szelep segítségével, egyenként kb. átmérő. Viszont a hordó tövéhez 70, valamivel nagyobb (1,2 m átmérőjű) szeleprendszerű hidrogénpalackot csatlakoztattak. Minden így működött: a gőzt az akkumulátorból a hengerbe szivattyúzták, és nagyobb sűrűsége miatt elfoglalta az alsó részét, és a hidrogént a felső részen 320 atm -re sűrítette. és felmelegíti 17000 C -ra.
Az űrhajót egy speciális platformra szerelték fel, amely raklapként szolgált a hordóban történő gyorsítás során. Egyidejűleg középre helyezte a készüléket és csökkentette a gyorsuló hidrogén áttörését (így vannak elrendezve a modern alkaliberű lövedékek). A gyorsulással szembeni ellenállás csökkentése érdekében levegőt szivattyúztak ki a hordóból, és a pofát speciális membránnal lezárták.
Az űrágyú építésének költségét a B&W körülbelül 270 millió dollárra becsülte. Ekkor azonban az ágyú négynaponként "tüzelhet", így a Szaturnusz rakéta első szakaszának költsége 5 millió dollárról mintegy 100 ezer dollárra csökkenthető.. Ugyanakkor 1 kg hasznos teher pályára állításának költsége 2500 dollárról 400 dollárra csökkent.
A rendszer hatékonyságának bizonyítására a fejlesztők javaslatot tettek 1:10 méretarányú modell felépítésére az egyik elhagyott bányában. A NASA habozott: miután hatalmas összegeket fektetett be a hagyományos rakéták fejlesztésébe, az ügynökség nem engedhette meg magának, hogy 270 millió dollárt költjön egymással versengő technológiákra, és még ismeretlen eredménnyel is. Ezenkívül a 100 g -os túlterhelés, bár két másodpercre, egyértelműen lehetetlenné tette a szuperfegyver használatát emberes űrprogramban.
Jules Verne álma
Graham és Smith nem voltak az első és nem az utolsó mérnökök, akik elfogták az űrhajó ágyúval történő indításának elképzelését. A hatvanas évek elején a kanadai Gerald Bull kifejlesztette a HARP (High Altitude Research Project) projektet, amely nagy magasságú légköri szondákat lőtt ki közel 100 km magasságban. A Livermore Nemzeti Laboratóriumban. Lawrence Kaliforniában 1995-ig, a John Hunter vezette SHARP (Super High Altitude Research Project) projekt részeként kifejlesztettek egy kétlépcsős fegyvert, amelyben a hidrogént metán égetésével összenyomták, és egy öt kilogrammos lövedéket gyorsítottak fel 3 km / s -ig. Számos sínpisztoly -projekt is volt - elektromágneses gyorsítók az űrhajók indításához.
De mindezek a projektek elhalványultak a B&W szuperfegyver előtt. „Szörnyű, hallatlan, hihetetlen robbanás történt! Lehetetlen átadni az erejét - lefedné a leg fülsiketítőbb mennydörgést, sőt a vulkánkitörés üvöltését is. A föld belsejéből óriási tűzhalom emelkedett ki, mintha egy vulkán kráteréből származna. A föld megremegett, és alig nézőknek sikerült abban a pillanatban látni, hogy a lövedék diadalmasan vágja át a levegőt a füst és a tűz örvényében "… - így jellemezte Jules Verne az óriási Columbiade lövését a híres regény.
A Graham-Smith ágyúnak még erősebb benyomást kellett volna keltenie. Számítások szerint minden indításhoz körülbelül 100 tonna hidrogénre volt szükség, amelyet a lövedéket követően a légkörbe dobtak. 17000 ° C -ra melegítve meggyulladt, amikor a légköri oxigénnel érintkezett, és a hegyet óriási fáklyává, több kilométerre felfelé húzódó tűzoszlopgá változtatta. Ilyen mennyiségű hidrogén égésekor 900 tonna víz keletkezik, amely gőz és eső formájában eloszlik (esetleg forrásban van a közvetlen közelben). A műsor azonban ezzel nem ért véget. Az égő hidrogént követően 25 000 tonna túlhevített gőzt dobtak felfelé, és óriási gejzírt képeztek. A gőz is részben szétszóródott, részben lecsapódott és nagy mennyiségű csapadék formájában esett ki (általában az aszály nem fenyegette a közvetlen környezetet). Mindezt természetesen olyan jelenségekkel kellett kísérni, mint a tornádók, zivatarok és villámlások.
Jules Verne szerette volna. A terv azonban még mindig túl fantasztikus volt, ezért a NASA minden különleges effektus ellenére inkább a hagyományosabb űrindítási módot - a rakétaindítást - választotta. Kár: steampunk módszert nehéz elképzelni.
