Steam може да свърши сериозна работа не само през 19 век, но и през 21 век.
Първият изкуствен спътник на Земята, изстрелян на орбита на 4 октомври 1957 г. от СССР, тежи само 83,6 кг. Именно той отвори космическата ера за човечеството. В същото време започва космическата надпревара между двете сили - Съветския съюз и САЩ. По -малко от месец по -късно СССР отново изуми света, като пусна втори спътник с тегло 508 кг с кучето Лайка на борда. Съединените щати успяха да отговорят на повикването едва през следващата 1958 г., като изстреляха спътника Explorer-1 на 31 януари. Нещо повече, масата му беше десет пъти по -малка от първия съветски спътник - 8, 3 кг … Американските инженери, разбира се, можеха да си представят пускането на по -тежък спътник в орбита, но при самата мисъл колко гориво трябва да носи ракетата -носител, те не го направиха сами. Едно от популярните американски списания пише: „За да се изведе спътник на нискоземна орбита, масата на ракетата трябва да надвиши масата на полезния товар няколко хиляди пъти. Но учените смятат, че напредъкът в технологиите ще им позволи да намалят това съотношение до сто. Но дори тази цифра предполага, че изстрелването на сателит, достатъчно голям, за да бъде полезен, ще изисква изгаряне на огромни количества скъпо гориво.
За да се намалят разходите за първия етап, се предлагат различни варианти: от изграждането на космически кораб за многократна употреба до напълно фантастични идеи. Сред тях беше идеята на Артър Греъм, ръководител на напредналите разработки в Babcock & Wilcox (B&W), който произвежда парни котли от 1867 г. Заедно с друг инженер на B&W, Чарлз Смит, Греъм се опита да разбере дали космическият кораб може да бъде пуснат в орбита с помощта на … пара.
Пара и водород
По това време Греъм се занимава с разработването на свръхкритични високотемпературни котли, работещи при температури над 3740С и налягане над 220 атм. (над тази критична точка водата вече не е течност или газ, а така наречената свръхкритична течност, съчетаваща свойствата и на двете). Може ли парата да се използва като „тласкач“за намаляване на количеството гориво в първия етап на ракета -носител? Първите оценки не бяха прекалено оптимистични. Факт е, че скоростта на разширяване на всеки газ е ограничена от скоростта на звука в този газ. При температура 5500C скоростта на разпространение на звука във водна пара е около 720 m / s, при 11000C - 860 m / s, при 16500C - 1030 m / s. Тези скорости може да изглеждат високи, но не трябва да забравяме, че дори първата космическа скорост (необходима за извеждане на сателит в орбита) е 7,9 км / сек. Така че ракета -носител, макар и достатъчно голяма, все още ще е необходима.
Греъм и Смит обаче намериха друг начин. Те не се ограничиха само с ферибота. През март 1961 г. по инструкции на ръководството на B&W те подготвят секретен документ, озаглавен „Парен водороден усилвател за изстрелване на космически кораби“, който е представен на вниманието на НАСА. (Тайната обаче не продължи дълго, чак през 1964 г., когато Греъм и Смит получиха патент на САЩ № 3131597 - „Метод и апарат за изстрелване на ракети“). В документа разработчиците описват система, способна да ускори космически кораб с тегло до 120 тона до скорост от почти 2,5 км / сек, докато ускоренията, според изчисленията, не надвишават 100 грама. По -нататъшното ускорение до първата космическа скорост трябваше да се извърши с помощта на ракетни ускорители.
Тъй като парата не е в състояние да ускори космически снаряд до тази скорост, B&W инженерите решиха да използват двустепенна схема. На първия етап парата компресира и по този начин загрява водорода, скоростта на звука в която е много по -висока (при 5500C - 2150 m / s, при 11000C - 2760 m / s, при 16500C - повече от 3 km / s). Именно водородът трябваше да ускори директно космическия кораб. Освен това разходите за триене при използване на водород бяха значително по -ниски.
Супер пистолет
Самият стартер трябваше да бъде грандиозна структура - гигантска супер пушка, равна на която никой никога не е създавал. Цевта с диаметър 7 м беше с височина 3 км (!) И трябваше да бъде разположена вертикално в планина с подходящи размери. За достъп до „седалището“на гигантското оръдие бяха направени тунели в основата на планината. Имаше и завод за производство на водород от природен газ и гигантски парогенератор.
Оттам парата през тръбопроводи навлиза в акумулатора - стоманена сфера с диаметър 100 метра, разположена на половин километър под основата на цевта и твърдо „монтирана“в скалната маса, за да осигури необходимата якост на стената: парите в акумулаторът е имал температура около 5500C и налягане над 500 atm.
Пароакумулаторът е свързан към съд с водород, разположен над него, цилиндър с диаметър 25 m и дължина около 400 m със заоблени основи, използвайки система от тръби и 70 високоскоростни клапана, всеки на около 1 m в диаметър. На свой ред към основата на цевта е свързан водороден цилиндър със система от 70 малко по -големи клапана (с диаметър 1,2 м). Всичко работи по следния начин: пара се изпомпва от акумулатора в цилиндъра и поради по -голямата си плътност заема долната му част, компресирайки водорода в горната част до 320 атм. и затопляне до 17000С.
Космическият кораб е инсталиран на специална платформа, която служи като палет по време на ускорение в цевта. Той едновременно центрира апарата и намалява пробива на ускоряващия водород (така са подредени съвременните подкалибрени снаряди). За да се намали устойчивостта на ускорение, въздухът се изпомпва от цевта, а дулото е запечатано със специална диафрагма.
Разходите за изграждането на космическото оръдие бяха оценени от B&W на около 270 млн. Долара. Но след това оръдието можеше да „стреля“на всеки четири дни, намалявайки разходите за първия етап на ракетата „Сатурн“от 5 милиона до около 100 хиляди долара. В същото време разходите за пускане на 1 кг полезен товар в орбита паднаха от 2500 на 400 долара.
За да докажат ефективността на системата, разработчиците предложиха да се изгради мащабен модел 1:10 в една от изоставените мини. НАСА се поколеба: след като инвестира огромни суми пари в разработването на традиционни ракети, агенцията не можеше да си позволи да похарчи 270 милиона долара за конкурентни технологии и дори с неизвестен резултат. Нещо повече, претоварването от 100 грама, макар и за две секунди, очевидно направи невъзможно използването на суперпистолета в пилотирана космическа програма.
Мечтата на Жул Верн
Греъм и Смит не бяха нито първите, нито последните инженери, които завладяха въображението на концепцията за изстрелване на космически кораби с оръдие. В началото на 60-те години на миналия век канадският Джералд Бул разработва проекта за изследване на височини (HARP), изстрелвайки атмосферни сонди с височина над 100 км. В Националната лаборатория в Ливърмор. Лорънс в Калифорния до 1995 г., като част от проекта SHARP (Super High Altitude Research Project) под ръководството на Джон Хънтър, е разработен двустепенен пистолет, в който водородът се компресира чрез изгаряне на метан, а пет килограмен снаряд ускорява до 3 км / сек. Имаше и много проекти на релси - електромагнитни ускорители за изстрелване на космически кораби.
Но всички тези проекти избледняха преди B&W супер пушката. „Имаше ужасна, нечувана, невероятна експлозия! Невъзможно е да се предаде силата му - тя би покрила най -оглушителния гръм и дори рева на вулканично изригване. От недрата на земята се издигна огромен сноп огън, сякаш от кратера на вулкан. Земята се разтресе и едва ли някой от зрителите в този момент успя да види как снарядът триумфално прорязва въздуха във вихрушка от дим и огън “… - така Жул Верн описва кадъра на гигантската Колумбиада в своята знаменита роман.
Оръдието на Греъм-Смит трябваше да направи още по-силно впечатление. Според изчисленията, за всеки изстрел са били необходими около 100 тона водород, който след снаряда е хвърлен в атмосферата. Загрята до температура 17000С, тя се възпламенява, когато влиза в контакт с атмосферния кислород, превръщайки планината в гигантска факла, огнен стълб, простиращ се на няколко километра нагоре. При изгаряне на такова количество водород се образуват 900 тона вода, които биха се разсеяли под формата на пара и дъжд (евентуално кипене в непосредствена близост). Шоуто обаче не свърши дотук. След горящия водород 25 000 тона прегрята пара бяха хвърлени нагоре, образувайки гигантски гейзер. Парата също частично се разпръсна, частично кондензира и изпадна под формата на обилни валежи (като цяло сушата не заплашваше непосредствената околност). Всичко това, разбира се, трябваше да бъде придружено от явления като торнадо, гръмотевични бури и мълнии.
Жул Верн би го харесал. Планът обаче все още беше твърде фантастичен, затова въпреки всички специални ефекти НАСА предпочете по -традиционния начин на изстрелване в космоса - изстрелване на ракети. Жалко: по -стимпанк метод е трудно да си представим.
