Steam mohol vykonávať serióznu prácu nielen v 19. storočí, ale aj v 21. storočí.
Prvý umelý satelit Zeme, ktorý na obežnú dráhu vypustil 4. októbra 1957 ZSSR, vážil iba 83,6 kg. Bol to on, kto otvoril vesmírny vek ľudstvu. Súčasne sa začali vesmírne preteky medzi dvoma mocnosťami - Sovietskym zväzom a USA. O necelý mesiac neskôr ZSSR opäť ohromil svet vypustením druhého satelitu s hmotnosťou 508 kg so psom Laikou na palube. Spojené štáty boli schopné odpovedať na výzvu až v nasledujúcom roku 1958 vypustením satelitu Explorer-1 31. januára. Navyše, jeho hmotnosť bola desaťkrát menšia ako prvý sovietsky satelit - 8, 3 kg … Americkí inžinieri si, samozrejme, dokázali predstaviť, že by na obežnú dráhu dostali ťažší satelit, ale už pri pomyslení na to, koľko paliva by mala nosná raketa uniesť, neurobili to sami. Jeden z populárnych amerických časopisov napísal: „Aby bola družica vypustená na obežnú dráhu Zeme, hmotnosť rakety musí niekoľkotisíckrát prekročiť hmotnosť užitočného zaťaženia. Vedci sa však domnievajú, že technologický pokrok im umožní znížiť tento pomer na sto. “Ale aj toto číslo naznačovalo, že vypustenie satelitu dostatočne veľkého na to, aby bol užitočný, by vyžadovalo spálenie obrovského množstva drahého paliva.
Aby sa znížili náklady na prvú etapu, bolo navrhnutých množstvo možností: od stavby opakovane použiteľnej kozmickej lode až po úplne fantastické nápady. Medzi nimi bola myšlienka Arthura Grahama, vedúceho pokročilého vývoja v spoločnosti Babcock & Wilcox (B&W), ktorá od roku 1867 vyrába parné kotly. Spolu s ďalším B&W inžinierom Charlesom Smithom sa Graham pokúsil zistiť, či by sa vesmírna loď dala dostať na obežnú dráhu pomocou … pary.
Para a vodík
Graham sa v tom čase zaoberal vývojom superkritických vysokoteplotných kotlov pracujúcich pri teplotách nad 3740 ° C a tlakoch nad 220 atm. (nad týmto kritickým bodom už voda nie je kvapalina ani plyn, ale takzvaná nadkritická tekutina, ktorá kombinuje vlastnosti oboch). Môže byť para použitá ako „posúvač“na zníženie množstva paliva v prvom stupni nosnej rakety? Prvé odhady neboli prehnane optimistické. Faktom je, že rýchlosť expanzie akéhokoľvek plynu je obmedzená rýchlosťou zvuku v tomto plyne. Pri teplote 5500 ° C je rýchlosť šírenia zvuku vo vodnej pare asi 720 m / s, pri 11 000 ° C - 860 m / s, pri 16500 ° C - 1030 m / s. Tieto rýchlosti sa môžu zdať vysoké, ale nemali by ste zabúdať, že aj prvá kozmická rýchlosť (potrebná na uvedenie satelitu na obežnú dráhu) je 7,9 km / s. Nosná raketa, aj keď je dostatočne veľká, bude stále potrebná.
Graham a Smith však našli inú cestu. Neobmedzili sa iba na trajekt. V marci 1961 pripravili na pokyn vedenia B&W tajný dokument s názvom „Steam Hydrogen Booster for Spacecraft Launch“, na ktorý bola upozornená NASA. (Utajenie však netrvalo dlho, až do roku 1964, keď Grahamovi a Smithovi bol udelený americký patent č. 3131597 - „Spôsob a zariadenie na odpaľovanie rakiet“). V dokumente vývojári popísali systém schopný akcelerovať vesmírnu loď s hmotnosťou až 120 ton na rýchlosť takmer 2,5 km / s, pričom zrýchlenia podľa výpočtov nepresiahli 100 g. Ďalšie zrýchlenie na prvú vesmírnu rýchlosť malo byť vykonané pomocou raketových posilňovačov.
Pretože para nie je schopná urýchliť vesmírny projektil na túto rýchlosť, B & W inžinieri sa rozhodli použiť dvojstupňovú schému. V prvom stupni para stlačila a tým zahriala vodík, ktorého rýchlosť zvuku je oveľa vyššia (pri 5500C - 2150 m / s, pri 11000C - 2760 m / s, pri 16500C - viac ako 3 km / s). Bol to vodík, ktorý mal kozmickú loď priamo urýchľovať. Navyše náklady na trenie pri použití vodíka boli výrazne nižšie.
Super zbraň
Samotný odpaľovač mal byť grandióznou stavbou - obrovskou superzbraňou, ktorú nikto nikdy nepostavil. Hlaveň s priemerom 7 m bola 3 km (!) Na výšku a musela byť umiestnená zvisle vo vnútri hory príslušných rozmerov. Na prístup k „záveru“obrovského dela boli na úpätí hory urobené tunely. Bol tu aj závod na výrobu vodíka zo zemného plynu a obrovský parný generátor.
Odtiaľ para cez potrubie vstúpila do akumulátora - oceľovej gule s priemerom 100 metrov, umiestnenej pol kilometra pod základňou valca a pevne „namontovanej“do horninového masívu, aby poskytla potrebnú pevnosť steny: para v akumulátor mal teplotu asi 5500 ° C a tlak viac ako 500 atm.
Parný akumulátor bol spojený so zásobníkom s vodíkom umiestneným nad ním, valcom s priemerom 25 m a dĺžkou asi 400 m so zaoblenými podstavcami, pomocou systému potrubí a 70 vysokorýchlostných ventilov, každý asi 1 m v priemer. K základni hlavne bol zasa pripojený vodíkový valec so systémom 70 o niečo väčších ventilov (priemer 1,2 m). Všetko to fungovalo takto: para sa čerpala z akumulátora do valca a kvôli vyššej hustote zaberala jeho spodnú časť a v hornej časti stlačila vodík na 320 atm. a zahrieva sa na 17 000 ° C.
Kozmická loď bola nainštalovaná na špeciálnu platformu, ktorá slúžila ako paleta počas zrýchľovania v sude. Súčasne vycentrovalo zariadenie a znížilo prielom v akceleračnom vodíku (takto sú usporiadané moderné projektily podkaliberného kalibru). Aby sa znížil odpor voči zrýchleniu, bol zo suda čerpaný vzduch a papuľa bola utesnená špeciálnou membránou.
Náklady na stavbu vesmírneho dela odhadla spoločnosť B&W na zhruba 270 miliónov dolárov. Potom však mohlo delo „strieľať“každé štyri dni, čím sa náklady na prvý stupeň rakety Saturn znížili z 5 miliónov dolárov na nejakých žalostných 100 tisíc dolárov.. Náklady na vynesenie 1 kg užitočného zaťaženia na obežnú dráhu zároveň klesli z 2500 na 400 dolárov.
Na preukázanie účinnosti systému vývojári navrhli postaviť zmenšený model 1:10 v jednej z opustených baní. NASA váhala: po investovaní obrovských peňazí do vývoja tradičných rakiet si agentúra nemohla dovoliť minúť 270 miliónov dolárov na konkurenčnú technológiu, a to dokonca s neznámym výsledkom. Navyše preťaženie 100 g, aj keď na dve sekundy, jasne znemožnilo použitie superzbrane v vesmírnom programe s posádkou.
Sen Julesa Verna
Graham a Smith neboli prví ani poslední inžinieri, ktorí zachytili predstavivosť konceptu vypúšťania kozmických lodí delom. Začiatkom 60. rokov 20. storočia Kanaďan Gerald Bull vyvíjal projekt High Altitude Research Project (HARP), ktorý vypaľoval výškové atmosférické sondy do nadmorskej výšky takmer 100 km. V národnom laboratóriu Livermore. Vavrinca v Kalifornii do roku 1995, ako súčasť projektu SHARP (Super High Altitude Research Project) pod vedením Johna Huntera, bolo vyvinuté dvojstupňové delo, v ktorom bol vodík stláčaný spaľovaním metánu a päťkilogramová strela zrýchlená až 3 km / s. Existuje aj mnoho projektov železničných zbraní - elektromagnetických urýchľovačov na štart kozmických lodí.
Ale všetky tieto projekty zmizli pred superzbraňou B&W. "Nastal strašný, neslýchaný, neuveriteľný výbuch!" Nie je možné sprostredkovať jeho silu - pokrylo by to najhlučnejšie hromy a dokonca aj hukot sopečnej erupcie. Z útrob zeme sa zdvihol gigantický zväzok ohňa, ako z krátera sopky. Zem sa triasla a len málokomu z divákov sa v tej chvíli podarilo vidieť projektil víťazne rezajúci vzduchom vo víre dymu a ohňa „… - takto opísal Jules Verne záber na obrovskú Kolumbiu vo svojej slávnej román.
Ešte silnejším dojmom malo pôsobiť delo Graham-Smith. Podľa výpočtov si každý štart vyžiadal asi 100 ton vodíka, ktorý bol po projektile vyhodený do atmosféry. Zahriaty na teplotu 17 000 ° C sa vznietil pri kontakte s atmosférickým kyslíkom a zmenil tak horu na obrovskú pochodeň, ohnivý stĺp tiahnuci sa niekoľko kilometrov nahor. Pri spálení takého množstva vodíka vznikne 900 ton vody, ktorá by sa rozptýlila vo forme pary a pršala (možno vriacom v bezprostrednom okolí). Tým sa však show nekončila. Po horiacom vodíku bolo 25 000 ton prehriatej pary vyhodených hore, čím vznikol obrovský gejzír. Steam sa tiež čiastočne rozptýlil, čiastočne skondenzoval a vypadol vo forme silných zrážok (vo všeobecnosti sucho bezprostredné okolie nehrozilo). To všetko samozrejme museli sprevádzať javy ako tornáda, búrky a blesky.
Julesovi Vernovi by sa to páčilo. Plán bol však stále príliš fantastický, a napriek tomu NASA napriek všetkým špeciálnym efektom uprednostnila tradičnejší spôsob vesmírnych štartov - štarty rakiet. Škoda: steampunkovejšiu metódu si len ťažko predstaviť.
