Steam võis tõsist tööd teha mitte ainult 19. sajandil, vaid ka 21. sajandil.
Esimene kunstlik Maa satelliit, mis NSV Liidu poolt 4. oktoobril 1957 orbiidile saadeti, kaalus vaid 83,6 kg. See oli tema, kes avas inimkonnale kosmoseajastu. Samal ajal algas kosmosevõistlus kahe suurriigi - Nõukogude Liidu ja USA - vahel. Vähem kui kuu aega hiljem hämmastas NSV Liit maailma taas sellega, et käivitas teise 508 kg kaaluva satelliidi, mille pardal oli koer Laika. USA suutis kõnele vastata alles järgmisel aastal, 1958. aastal, käivitades 31. jaanuaril satelliidi Explorer-1. Pealegi oli selle mass kümme korda väiksem kui esimesel Nõukogude Liidu satelliidil - 8, 3 kg … Ameerika insenerid võisid muidugi ette kujutada raskema satelliidi orbiidile laskmist, kuid juba mõeldes sellele, kui palju kütust kanderaketil peaks olema, nad ei teinud seda ise. Üks Ameerika populaarsetest ajakirjadest kirjutas: „Selleks, et satelliit madalal maa peal orbiidile saata, peab raketi mass ületama kasulikku koormust mitu tuhat korda. Kuid teadlased usuvad, et tehnoloogia areng võimaldab neil seda suhet sajani vähendada. Kuid isegi see näitaja viitas sellele, et piisavalt suure satelliidi käivitamine, mis oleks kasulik, nõuaks tohutu hulga kalli kütuse põletamist.
Esimese etapi kulude vähendamiseks on välja pakutud erinevaid võimalusi: alates korduvkasutatava kosmoselaeva ehitamisest kuni täiesti fantastiliste ideedeni. Nende hulgas oli Babcock & Wilcoxi (B&W) arenenud arendusjuhi Arthur Grahami idee, mis on alates 1867. aastast valmistanud aurukatlaid. Koos teise B&W inseneri Charles Smithiga püüdis Graham välja mõelda, kas kosmoselaeva saaks orbiidile viia … auru abil.
Aur ja vesinik
Graham tegeles sel ajal ülekriitiliste kõrge temperatuuriga katelde väljatöötamisega, mis töötasid temperatuuril üle 3740 ° C ja rõhul üle 220 atm. (sellest kriitilisest punktist kõrgemal pole vesi enam vedelik ega gaas, vaid nn ülekriitiline vedelik, mis ühendab mõlema omadused). Kas auru saab kasutada "tõukurina", et vähendada kanderaketi esimeses etapis kütuse kogust? Esimesed hinnangud ei olnud liiga optimistlikud. Fakt on see, et mis tahes gaasi paisumiskiirust piirab selle gaasi helikiirus. 5500C temperatuuril on heli levimise kiirus veeaurudes umbes 720 m / s, temperatuuril 11000C - 860 m / s, temperatuuril 16500C - 1030 m / s. Need kiirused võivad tunduda suured, kuid ei tohiks unustada, et isegi esimene kosmiline kiirus (vajalik satelliidi orbiidile viimiseks) on 7,9 km / s. Seega on kanderaketti, kuigi piisavalt suurt, siiski vaja.
Graham ja Smith leidsid aga teise tee. Nad ei piirdunud ainult praamiga. 1961. aasta märtsis koostasid nad B&W juhtkonna korraldusel salajase dokumendi pealkirjaga "Steam Hydrogen Booster for Spacecraft Launch", millele juhtis tähelepanu NASA. (Saladus ei kestnud aga kaua, kuni 1964. aastani, mil Grahamile ja Smithile anti USA patent nr 3131597 - "Rakettide laskmise meetod ja aparatuur"). Dokumendis kirjeldasid arendajad süsteemi, mis on võimeline kiirendama kuni 120 tonni kaaluva kosmoselaeva kiirusele ligi 2,5 km / s, samas kui kiirendused arvutuste kohaselt ei ületanud 100 g. Edasine kiirendus esimesele kosmosekiirusele pidi toimuma raketivõimendite abil.
Kuna aur ei ole võimeline kosmosemürsku sellisele kiirusele kiirendama, otsustasid B&W insenerid kasutada kaheastmelist skeemi. Esimesel etapil aur suruti kokku ja kuumutati seeläbi vesinikku, mille heli kiirus on palju suurem (temperatuuril 5500C - 2150 m / s, temperatuuril 11000C - 2760 m / s, temperatuuril 16500C - üle 3 km / s). See oli vesinik, mis pidi kosmoselaeva otseselt kiirendama. Lisaks olid hõõrdekulud vesiniku kasutamisel oluliselt väiksemad.
Super relv
Käivitaja ise pidi olema suurejooneline struktuur - hiiglaslik superrelv, mille sarnast pole keegi kunagi ehitanud. Tünn läbimõõduga 7 m oli 3 km (!) Kõrgune ja pidi asuma vertikaalselt sobiva mõõtmega mäe sees. Hiiglasliku kahuri "tuuleklaasile" pääsemiseks tehti mäe põhjas tunnelid. Seal oli ka tehas maagaasist vesiniku tootmiseks ja hiiglaslik aurugeneraator.
Sealt sisenes aur läbi torujuhtmete akumulaatorisse - 100 -meetrise läbimõõduga teraskera, mis asub pool kilomeetrit tünni aluse all ja jäigalt kivimimassi külge kinnitatud, et tagada vajalik seina tugevus: aku temperatuur oli umbes 5500 ° C ja rõhk üle 500 atm.
Auruakumulaator ühendati torudega, mille kohal oli ümmargune alus, 25 m läbimõõduga ja umbes 400 m pikkuse ballooniga, mille kohal oli vesinik, toru ja 70 kiirventiili, igaüks umbes 1 m läbimõõduga. Tünnialusega ühendati omakorda vesinikusilinder, milles oli 70 veidi suuremat ventiili (läbimõõt 1,2 m). Kõik toimis nii: aur pumbati akumulaatorist silindrisse ja suurema tiheduse tõttu hõivas selle alumise osa, surudes vesiniku ülemises osas rõhuni 320 atm. ja soojendage seda temperatuurini 17000 ° C.
Kosmoseaparaat paigaldati spetsiaalsele platvormile, mis töötas tünnis kiirendamise ajal kaubaalusena. See tsentreeris samaaegselt aparaadi ja vähendas kiirendava vesiniku läbimurret (nii on paigutatud kaasaegsed alamkaliibrilised mürsud). Kiirenduskindluse vähendamiseks pumbati tünnist õhk välja ja koon suleti spetsiaalse membraaniga.
Kosmosekahuri ehitamise maksumuseks hindas B&W umbes 270 miljonit dollarit. Kuid siis võis kahur iga nelja päeva tagant "tulistada", vähendades Saturni raketi esimese etapi kulusid 5 miljonilt dollarilt mõnele napile 100 tuhandele dollarile.. Samal ajal langes 1 kg kasulikku koormust orbiidile viimise hind 2500 dollarilt 400 dollarile.
Süsteemi tõhususe tõestamiseks tegid arendajad ettepaneku ehitada mastaabimudel 1:10 ühte mahajäetud kaevandustesse. NASA kõhkles: olles investeerinud tohutult palju raha traditsiooniliste rakettide väljatöötamisse, ei saanud agentuur endale lubada 270 miljoni dollari kulutamist konkureerivale tehnoloogiale ja seda isegi teadmata tulemusega. Veelgi enam, 100 -grammine ülekoormus, ehkki kaheks sekundiks, tegi selgelt võimatuks superrelva kasutamise mehitatud kosmoseprogrammis.
Jules Verne'i unistus
Graham ja Smith polnud ei esimesed ega viimased insenerid, kes võtsid ette kujutluse kosmoselaeva kahuriga laskmise kontseptsioonist. 1960. aastate alguses töötas kanadalane Gerald Bull välja kõrgmäestiku uurimisprojekti (High Altitude Research Project, HARP), tulistades kõrgsageduslikke atmosfäärisonde ligi 100 km kõrgusele. Livermore'i riiklikus laboris. Lawrence Californias kuni 1995. aastani, projekti SHARP (Super High Altitude Research Project) raames John Hunteri juhtimisel töötati välja kaheastmeline püstol, milles vesinik suruti kokku metaani põletamise teel, ja kiirendati viiekilost mürsku kuni 3 km / s. Samuti oli palju projekte raudteerelvadest - elektromagnetilised kiirendid kosmoseaparaatide käivitamiseks.
Kuid kõik need projektid tuhmusid enne B&W superrelva. “Seal oli kohutav, ennekuulmatu, uskumatu plahvatus! Selle jõudu on võimatu edasi anda - see hõlmaks kõige kõrvulukustavat äikest ja isegi vulkaanipurske müha. Maa sisikonnast tõusis hiiglaslik tulekahju, justkui vulkaani kraatrist. Maa värises ja vaevalt õnnestus ühelgi pealtvaatajal sel hetkel näha, et mürsk võitis võidukalt suitsu ja tulekeerises õhku”… - nii kirjeldas Jules Verne oma kuulsas Columbiade tulistamist romaan.
Graham-Smithi kahur oleks pidanud jätma veelgi tugevama mulje. Arvutuste kohaselt kulus iga stardi jaoks umbes 100 tonni vesinikku, mis pärast mürsku visati atmosfääri. Kuumutades temperatuurini 17000 ° C, süttis see atmosfääri hapnikuga kokkupuutel süttides, muutes mäe hiiglaslikuks tõrvikuks, mitu kilomeetrit ülespoole ulatuvaks tulesambaks. Sellise koguse vesiniku põlemisel tekib 900 tonni vett, mis aurude ja vihma kujul hajub (võib -olla keeb vahetus läheduses). Näitus sellega aga ei lõppenud. Pärast põlevat vesinikku paiskus ülespoole 25 000 tonni ülekuumenenud auru, moodustades hiiglasliku geisri. Ka aur hajus osaliselt, osaliselt kondenseerus ja sadas tugevate sademete kujul välja (üldiselt põud ei ähvardanud lähiümbrust). Selle kõigega pidid muidugi kaasnema sellised nähtused nagu tornaadod, äike ja välk.
Jules Verne oleks seda armastanud. Plaan oli aga siiski liiga fantastiline, seetõttu eelistas NASA vaatamata kõigile eriefektidele traditsioonilisemat kosmoselennu viisi - raketiheitmist. Kahju: rohkem aurupunkti meetodit on raske ette kujutada.
