Steam kan nie net in die 19de eeu nie, maar ook in die 21ste eeu ernstige werk verrig.
Die eerste kunsmatige aardse satelliet, wat op 4 Oktober 1957 deur die USSR in 'n wentelbaan gelanseer is, weeg slegs 83,6 kg. Dit was hy wat die ruimtetydperk vir die mensdom oopgemaak het. Terselfdertyd begin die ruimtewedloop tussen die twee moondhede - die Sowjetunie en die Verenigde State. Minder as 'n maand later het die USSR die wêreld weer verstom deur 'n tweede satelliet van 508 kg met die hond Laika aan boord te lanseer. Die Verenigde State kon die oproep eers in die volgende jaar, 1958, beantwoord deur die Explorer-1-satelliet op 31 Januarie te lanseer. Boonop was die massa tien keer minder as die eerste Sowjet -satelliet - 8, 3 kg … Amerikaanse ingenieurs kon natuurlik dink dat hulle 'n swaarder satelliet in 'n wentelbaan sou sit, maar by die gedagte hoeveel brandstof die lanseervoertuig moet dra., het hulle nie self gedoen nie. Een van die gewilde Amerikaanse tydskrifte het geskryf: “Om 'n satelliet in 'n lae-aarde wentelbaan te lanseer, moet die massa van die vuurpyl etlike duisende keer die massa van die vragvrag oorskry. Maar wetenskaplikes glo dat tegnologiese vooruitgang hulle in staat sal stel om hierdie verhouding tot honderd te verminder. Maar selfs die syfer impliseer dat die opskiet van 'n satelliet wat groot genoeg is om nuttig te wees, groot hoeveelhede duur brandstof benodig.
Om die koste van die eerste fase te verminder, is 'n verskeidenheid opsies voorgestel: van die bou van 'n herbruikbare ruimtetuig tot heeltemal fantastiese idees. Onder hulle was die idee van Arthur Graham, hoof van gevorderde ontwikkeling by Babcock & Wilcox (B&W), wat sedert 1867 stoomketels vervaardig. Saam met 'n ander B & W -ingenieur, Charles Smith, het Graham probeer uitvind of die ruimtetuig met behulp van stoom in 'n wentelbaan gesit kan word.
Stoom en waterstof
Graham was op die oomblik besig met die ontwikkeling van superkritiese hoë-temperatuur ketels wat werk by temperature bo 3740C en druk bo 220 atm. (bo hierdie kritieke punt is water nie meer 'n vloeistof of 'n gas nie, maar 'n sogenaamde superkritiese vloeistof wat die eienskappe van albei kombineer). Kan stoom gebruik word as 'n "pusher" om die hoeveelheid brandstof in die eerste fase van 'n lanseervoertuig te verminder? Die eerste ramings was nie te optimisties nie. Die feit is dat die ekspansietempo van enige gas beperk word deur die klanksnelheid in hierdie gas. By 'n temperatuur van 5500C is die spoed van klankverspreiding in waterdamp ongeveer 720 m / s, by 11000C - 860 m / s, by 16500C - 1030 m / s. Hierdie snelhede lyk dalk hoog, maar u moet nie vergeet dat selfs die eerste kosmiese snelheid (benodig om 'n satelliet in 'n wentelbaan te plaas) 7, 9 km / s is nie. 'N Lanseervoertuig, alhoewel dit groot genoeg is, sal nog steeds nodig wees.
Graham en Smith het egter 'n ander manier gevind. Hulle het hulself nie net tot die veerboot beperk nie. In Maart 1961 het hulle in opdrag van die B&W bestuur 'n geheime dokument opgestel met die titel "Steam Waterstof Booster for Space Launch", wat onder die aandag van NASA gebring is. (Die geheimhouding duur egter nie lank nie, tot 1964, toe Graham en Smith 'n Amerikaanse patent nr. 3131597 verwerf het - "Metode en apparaat om vuurpyle af te skiet"). In die dokument beskryf die ontwikkelaars 'n stelsel wat 'n ruimtetuig kan versnel wat tot 120 ton weeg tot 'n spoed van byna 2,5 km / s, terwyl die versnellings volgens berekeninge nie 100g oorskry nie. Verdere versnelling na die eerste ruimtesnelheid sou met behulp van vuurpylversterkers uitgevoer word.
Aangesien stoom nie 'n ruimteprojektiel tot hierdie spoed kan versnel nie, het B & W-ingenieurs besluit om 'n tweefase-skema te gebruik. In die eerste fase word stoom saamgeperste en sodoende verhit waterstof, die klanksnelheid is baie hoër (by 5500C - 2150 m / s, by 11000C - 2760 m / s, by 16500C - meer as 3 km / s). Dit was waterstof wat die ruimtetuig regstreeks moes versnel. Boonop was die wrywingskoste by die gebruik van waterstof aansienlik laer.
Super geweer
Die lanseerder self was veronderstel om 'n grandiose struktuur te wees - 'n reusagtige supergeweer, gelyk aan wat niemand ooit gebou het nie. Die loop met 'n deursnee van 7 m was 3 km hoog! Om toegang te verkry tot die 'stuit' van die reuse kanon, is tonnels aan die voet van die berg gemaak. Daar was ook 'n aanleg vir die vervaardiging van waterstof uit aardgas en 'n reuse stoomgenerator.
Van daar af het die stoom deur pypleidings die akkumulator binnegegaan - 'n staalsfeer van 100 meter in deursnee, 'n halwe kilometer onder die basis van die loop en styf in die gesteentemassa "gemonteer" om die nodige muursterkte te bied: die damp in die Die akkumulator het 'n temperatuur van ongeveer 5500C en 'n druk van meer as 500 atm.
Die stoomakkumulator is verbind met 'n houer met waterstof daarbo, 'n silinder met 'n deursnee van 25 m en 'n lengte van ongeveer 400 m met afgeronde voetstukke, met behulp van 'n stelsel pype en 70 hoëspoedkleppe, elk ongeveer 1 m in deursnee. Op sy beurt is 'n waterstofsilinder met 'n stelsel van 70 effens groter kleppe (1,2 m in deursnee) aan die voet van die loop gekoppel. Dit het alles so gewerk: stoom is uit die akkumulator in die silinder gepomp en het as gevolg van die hoër digtheid sy onderste deel beset en waterstof in die boonste gedeelte tot 320 atm saamgepers. en dit verhit tot 17000C.
Die ruimtetuig is geïnstalleer op 'n spesiale platform wat as versnelling in die loop gedien het. Dit het gelyktydig die apparaat gesentreer en die deurbraak van versnelde waterstof verminder (so word moderne subkaliber-projektiele ingerig). Om die weerstand teen versnelling te verminder, word lug uit die loop gepomp en die snuit met 'n spesiale diafragma verseël.
Die koste van die bou van die ruimtekanon is deur B&W geraam op ongeveer $ 270 miljoen, maar dan kan die kanon elke vier dae 'vuur', wat die koste van die eerste fase van die Saturnus -vuurpyl verminder van $ 5 miljoen tot 'n skamele $ 100 duisend. Terselfdertyd het die koste om 1 kg vrag in 'n wentelbaan te plaas van $ 2500 tot $ 400 gedaal.
Om die doeltreffendheid van die stelsel te bewys, het die ontwikkelaars voorgestel om 'n skaalmodel van 1:10 in een van die verlate myne te bou. NASA huiwer: nadat hy groot bedrae geld belê het in die ontwikkeling van tradisionele vuurpyle, kon die agentskap dit nie bekostig om $ 270 miljoen aan mededingende tegnologie te spandeer nie, en selfs met 'n onbekende resultaat. Boonop het 'n oorlading van 100g, hoewel vir twee sekondes, dit duidelik gemaak dat dit nie moontlik was om die supergeweer in 'n bemande ruimteprogram te gebruik nie.
Jules Verne se droom
Graham en Smith was nie die eerste of die laaste ingenieurs wat die verbeelding aangryp van die idee om ruimtetuie met 'n kanon te lanseer nie. In die vroeë 1960's was die Kanadese Gerald Bull besig met die ontwikkeling van die High Altitude Research Project (HARP), wat atmosferiese sondes op 'n hoogte van byna 100 km afgevuur het. By die Livermore National Laboratory. Lawrence in Kalifornië tot 1995, as deel van die SHARP (Super High Altitude Research Project) -projek onder leiding van John Hunter, is 'n tweestadige geweer ontwikkel waarin waterstof saamgepers is deur metaan te verbrand en 'n projektiel van vyf kilogram versnel tot 3 km / s. Daar was ook baie projekte van spoorwapens - elektromagnetiese versnellers vir die opskiet van ruimtetuie.
Maar al hierdie projekte het vervaag voor die B&W supergeweer. 'Daar was 'n vreeslike, ongehoord, ongelooflike ontploffing! Dit is onmoontlik om sy krag oor te dra - dit dek die oorverdowendste donderweer en selfs die brul van 'n vulkaniese uitbarsting. Uit die ingewande van die aarde steek 'n reusagtige vuurgerf op, asof uit die krater van 'n vulkaan. Die aarde het geskud, en amper een van die toeskouers het op daardie oomblik daarin geslaag om die projektiel triomfantlik deur die lug te sien sny in 'n warrelwind van rook en vuur "… - so beskryf Jules Verne die skoot van die reuse Columbiade in sy beroemde boek.
Die Graham-Smith-kanon moes nog 'n sterker indruk gemaak het. Volgens berekeninge het elke lanseer ongeveer 100 ton waterstof nodig, wat na die projektiel in die atmosfeer gegooi is. Verhit tot 'n temperatuur van 17000C, het dit ontsteek toe dit met atmosferiese suurstof in aanraking gekom het en die berg in 'n reuse fakkel verander, 'n vuurkolom wat 'n paar kilometer opwaarts strek. As so 'n hoeveelheid waterstof brand, word 900 ton water gevorm, wat in die vorm van stoom en reën kan verdwyn (moontlik kook dit in die onmiddellike omgewing). Die vertoning het egter nie daar geëindig nie. Na die brandende waterstof is 25 000 ton oorverhitte stoom na bo gegooi, wat 'n reuse geiser gevorm het. Stoom het ook gedeeltelik versprei, gedeeltelik gekondenseer en geval in die vorm van swaar reënval (in die algemeen het droogte nie die onmiddellike omgewing bedreig nie). Dit alles moes natuurlik gepaard gaan met verskynsels soos tornado's, donderstorms en weerlig.
Jules Verne sou dit baie geniet het. Die plan was egter nog te fantasties, maar ondanks al die spesiale effekte, verkies NASA die meer tradisionele manier om ruimte te lanseer - vuurpyle. Jammer: 'n meer steampunk -metode is moeilik om voor te stel.
