Steam dapat melakukan kerja serius bukan hanya pada abad ke-19, tetapi juga pada abad ke-21.
Satelit Bumi buatan pertama, dilancarkan ke orbit pada 4 Oktober 1957, oleh USSR, beratnya hanya 83.6 kg. Dialah yang membuka zaman ruang untuk umat manusia. Pada masa yang sama, perlumbaan angkasa bermula antara dua kuasa - Kesatuan Soviet dan Amerika Syarikat. Tidak sampai sebulan kemudian, Uni Soviet mengejutkan dunia lagi dengan melancarkan satelit kedua seberat 508 kg dengan anjing Laika di atas kapal. Amerika Syarikat hanya dapat menjawab panggilan tersebut pada tahun berikutnya, 1958, dengan melancarkan satelit Explorer-1 pada 31 Januari. Lebih-lebih lagi, jisimnya sepuluh kali lebih kecil daripada satelit Soviet pertama - 8, 3 kg … Jurutera Amerika, tentu saja, dapat membayangkan meletakkan satelit yang lebih berat ke orbit, tetapi ketika memikirkan berapa banyak bahan bakar yang harus dibawa oleh kenderaan pelancaran, mereka tidak melakukannya sendiri. Salah satu majalah Amerika yang terkenal menulis: “Untuk melancarkan satelit ke orbit bumi rendah, jisim roket mesti melebihi massa muatan sebanyak beberapa ribu kali. Tetapi saintis percaya bahawa kemajuan teknologi akan memungkinkan mereka mengurangkan nisbah ini kepada seratus. Tetapi angka itu menyiratkan bahawa melancarkan satelit yang cukup besar untuk berguna akan memerlukan pembakaran sejumlah besar bahan bakar mahal.
Untuk mengurangkan kos tahap pertama, pelbagai pilihan telah dicadangkan: mulai dari membina kapal angkasa yang boleh digunakan semula hingga idea yang benar-benar hebat. Antaranya ialah idea Arthur Graham, ketua pengembangan lanjutan di Babcock & Wilcox (B&W), yang telah membuat dandang stim sejak tahun 1867. Bersama dengan jurutera B&W lain, Charles Smith, Graham cuba mencari tahu apakah kapal angkasa itu dapat dimasukkan ke orbit menggunakan … wap.
Wap dan hidrogen
Graham pada masa ini terlibat dalam pengembangan dandang suhu tinggi superkritik yang beroperasi pada suhu di atas 3740C dan tekanan di atas 220 atm. (di atas titik kritikal ini, air bukan lagi cecair atau gas, tetapi apa yang disebut cecair supercritical, menggabungkan sifat kedua-duanya). Bolehkah wap digunakan sebagai "penolak" untuk mengurangkan jumlah bahan bakar pada tahap pertama kenderaan pelancaran? Anggaran pertama tidak terlalu optimis. Faktanya adalah bahawa kadar pengembangan gas mana-mana dibatasi oleh kelajuan bunyi dalam gas ini. Pada suhu 5500C, kecepatan perambatan suara dalam wap air sekitar 720 m / s, pada 11000C - 860 m / s, pada 16500C - 1030 m / s. Kelajuan ini mungkin kelihatan tinggi, tetapi kita tidak boleh lupa bahawa bahkan kelajuan kosmik pertama (diperlukan untuk meletakkan satelit ke orbit) adalah 7, 9 km / s. Jadi kenderaan pelancaran, walaupun cukup besar, masih diperlukan.
Walau bagaimanapun, Graham dan Smith menemui cara lain. Mereka tidak mengehadkan diri hanya dengan feri. Pada bulan Mac 1961, atas arahan pihak pengurusan B&W, mereka menyiapkan dokumen rahsia yang bertajuk "Steam Hydrogen Booster for Spacecraft Launch", yang dibawa ke perhatian NASA. (Namun, kerahasiaan itu tidak bertahan lama, hingga tahun 1964, ketika Graham dan Smith diberi hak paten AS No. 3131597 - "Kaedah dan alat untuk melancarkan roket"). Dalam dokumen tersebut, para pengembang menerangkan sistem yang mampu mempercepat kapal angkasa dengan berat hingga 120 tan hingga kecepatan hampir 2.5 km / s, sementara percepatan, menurut perhitungan, tidak melebihi 100g. Percepatan lebih lanjut ke kecepatan ruang pertama harus dilakukan dengan bantuan penguat roket.
Oleh kerana wap tidak mampu mempercepat peluru ruang ke kelajuan ini, jurutera B&W memutuskan untuk menggunakan skema dua peringkat. Pada peringkat pertama, stim dimampatkan dan hidrogen yang dipanaskan, kelajuan bunyi di dalamnya jauh lebih tinggi (pada 5500C - 2150 m / s, pada 11000C - 2760 m / s, pada 16500C - lebih dari 3 km / s). Ia adalah hidrogen yang seharusnya mempercepat kapal angkasa secara langsung. Sebagai tambahan, kos geseran semasa menggunakan hidrogen jauh lebih rendah.
Pistol super
Peluncur itu sendiri sepatutnya menjadi struktur megah - supergun raksasa, sama dengan yang tidak pernah dibuat oleh siapa pun. Tong dengan diameter 7 m tingginya 3 km (!) Dan harus terletak secara menegak di dalam gunung dengan dimensi yang sesuai. Untuk mengakses "breech" meriam raksasa, terowong dibuat di dasar gunung. Terdapat juga sebuah kilang untuk menghasilkan hidrogen dari gas asli dan penjana wap gergasi.
Dari sana, wap melalui saluran paip memasuki akumulator - bola keluli berdiameter 100 meter, terletak setengah kilometer di bawah dasar tong dan "dipasang" dengan ketat ke dalam jisim batu untuk memberikan kekuatan dinding yang diperlukan: wap di penumpuk mempunyai suhu sekitar 5500C dan tekanan lebih dari 500 atm.
Penumpuk wap disambungkan ke bekas dengan hidrogen yang terletak di atasnya, silinder dengan diameter 25 m dan panjang sekitar 400 m dengan pangkalan membulat, menggunakan sistem paip dan 70 injap berkelajuan tinggi, masing-masing sekitar 1 m diameter. Pada gilirannya, silinder hidrogen dengan sistem 70 injap sedikit lebih besar (berdiameter 1,2 m) disambungkan ke pangkal tong. Semuanya berfungsi seperti ini: stim dipam dari penumpuk ke dalam silinder dan, kerana ketumpatannya yang lebih tinggi, menduduki bahagian bawahnya, memampatkan hidrogen di bahagian atas hingga 320 atm. dan memanaskannya hingga 17000C.
Kapal angkasa itu dipasang di platform khas yang berfungsi sebagai palet semasa pecutan di tong. Ia secara serentak memusatkan radas dan mengurangkan penembusan hidrogen pecutan (ini adalah bagaimana susunan proyektil berkaliber moden). Untuk mengurangkan daya tahan terhadap pecutan, udara dipompa keluar dari tong, dan moncong ditutup dengan diafragma khas.
Kos pembinaan meriam ruang angkasa dianggarkan oleh B&W sekitar $ 270 juta. Tetapi kemudian meriam itu dapat "dipadamkan" setiap empat hari, mengurangkan kos roket Saturnus tahap pertama dari $ 5 juta menjadi beberapa $ 100 ribu. Pada masa yang sama, kos memasukkan 1 kg muatan ke orbit turun dari $ 2500 menjadi $ 400.
Untuk membuktikan kecekapan sistem, pemaju mencadangkan untuk membina model skala 1:10 di salah satu lombong yang terbengkalai. NASA ragu-ragu: setelah melaburkan sejumlah besar wang dalam pengembangan roket tradisional, agensi itu tidak mampu membelanjakan $ 270 juta untuk teknologi bersaing, dan bahkan dengan hasil yang tidak diketahui. Lebih-lebih lagi, kelebihan 100g, walaupun selama dua saat, dengan jelas menjadikan mustahil untuk menggunakan supergun dalam program angkasa berawak.
Impian Jules Verne
Graham dan Smith bukan jurutera pertama atau terakhir yang menangkap imaginasi konsep melancarkan kapal angkasa dengan meriam. Pada awal 1960-an, Canadian Gerald Bull sedang mengembangkan Projek Penyelidikan Ketinggian Tinggi (HARP), menembakkan probe atmosfera ketinggian tinggi ke ketinggian hampir 100 km. Di Makmal Nasional Livermore. Lawrence di California hingga 1995, sebagai sebahagian daripada projek SHARP (Projek Penyelidikan Ketinggian Super Tinggi) di bawah pimpinan John Hunter, senjata dua tahap dikembangkan, di mana hidrogen dimampatkan dengan membakar metana, dan proyektil lima kilogram dipercepat hingga 3 km / s. Terdapat juga banyak projek senapang kereta api - pemecut elektromagnetik untuk melancarkan kapal angkasa.
Tetapi semua projek ini pudar sebelum supergun B&W. "Terdapat letupan yang sangat dahsyat, tidak pernah terdengar dan luar biasa! Mustahil untuk menyampaikan kekuatannya - ia akan meliputi guruh yang paling memekakkan telinga dan juga bunyi letusan gunung berapi. Dari perut bumi, seberkas api besar naik, seolah-olah dari kawah gunung berapi. Bumi bergoncang, dan hampir tidak ada penonton yang berjaya melihat proyektil itu menembus udara dengan asap dan api yang berpusing-pusing "… - begitulah cara Jules Verne menggambarkan tembakan Columbiade gergasi itu yang terkenal novel.
Meriam Graham-Smith seharusnya memberikan kesan yang lebih kuat. Menurut perhitungan, setiap pelancaran memerlukan kira-kira 100 tan hidrogen, yang, mengikuti peluru, dilemparkan ke atmosfera. Dipanaskan pada suhu 17000C, ia menyala ketika bersentuhan dengan oksigen atmosfer, mengubah gunung menjadi obor raksasa, tiang api yang membentang beberapa kilometer ke atas. Apabila sejumlah besar hidrogen terbakar, 900 tan air terbentuk, yang akan hilang dalam bentuk wap dan hujan turun (mungkin mendidih di sekitarnya). Walau bagaimanapun, persembahan itu tidak berakhir di sana. Setelah hidrogen terbakar, 25,000 tan wap super panas dilemparkan ke atas, membentuk geyser gergasi. Steam juga tersebar sebahagiannya, terkondensasi separa dan jatuh dalam bentuk hujan lebat (secara umum, kekeringan tidak mengancam sekitarnya). Semua ini tentunya harus disertai dengan fenomena seperti puting beliung, ribut petir dan kilat.
Jules Verne pasti menyukainya. Walau bagaimanapun, rancangannya masih terlalu hebat, oleh itu, walaupun terdapat kesan khas, NASA lebih suka kaedah pelancaran ruang yang lebih tradisional - pelancaran roket. Sayang sekali: kaedah yang lebih steampunk sukar dibayangkan.
