Steam mohl dělat vážnou práci nejen v 19. století, ale také v 21. století.
První umělý satelit Země, vypuštěný na oběžnou dráhu 4. října 1957 SSSR, vážil pouhých 83,6 kg. Byl to on, kdo otevřel vesmírný věk lidstvu. Ve stejné době začal vesmírný závod mezi oběma mocnostmi - Sovětským svazem a Spojenými státy. O necelý měsíc později SSSR znovu ohromil svět vypuštěním druhého satelitu o hmotnosti 508 kg se psem Laikou na palubě. Spojené státy byly schopny odpovědět na hovor až v příštím roce 1958 vypuštěním satelitu Explorer-1 31. ledna. Jeho hmotnost byla navíc desetkrát menší než u prvního sovětského satelitu - 8, 3 kg … Američtí inženýři si samozřejmě dokázali představit vynesení těžšího satelitu na oběžnou dráhu, ale při samotné myšlence na to, kolik paliva by nosná raketa měla nést, neudělali to sami. Jeden z populárních amerických časopisů napsal: „Aby bylo možné vypustit satelit na oběžnou dráhu Země, musí hmotnost rakety několikanásobně překročit hmotnost užitečného zatížení. Vědci ale věří, že technologický pokrok jim umožní snížit tento poměr na sto. “Ale i toto číslo naznačovalo, že vypuštění satelitu dostatečně velkého na to, aby bylo užitečné, by vyžadovalo spálení obrovského množství drahého paliva.
Aby se snížily náklady na první stupeň, byla navržena řada možností: od stavby opakovaně použitelné kosmické lodi až po naprosto fantastické nápady. Mezi nimi byla myšlenka Arthura Grahama, vedoucího pokročilého vývoje ve společnosti Babcock & Wilcox (B&W), která vyrábí parní kotle od roku 1867. Spolu s dalším technikem ČB Charlesem Smithem se Graham pokusil zjistit, zda by se kosmická loď mohla dostat na oběžnou dráhu pomocí … páry.
Pára a vodík
Graham se v té době zabýval vývojem superkritických vysokoteplotních kotlů pracujících při teplotách nad 3740 ° C a tlacích nad 220 atm. (nad tímto kritickým bodem už voda není kapalina ani plyn, ale takzvaná nadkritická tekutina, která kombinuje vlastnosti obou). Může být pára použita jako „posunovač“ke snížení množství paliva v první fázi nosné rakety? První odhady nebyly příliš optimistické. Faktem je, že rychlost expanze jakéhokoli plynu je omezena rychlostí zvuku v tomto plynu. Při teplotě 5500C je rychlost šíření zvuku ve vodní páře asi 720 m / s, při 11 000C - 860 m / s, při 16500C - 1030 m / s. Tyto rychlosti se mohou zdát vysoké, ale neměli bychom zapomínat, že i první kosmická rychlost (nutná k vynesení satelitu na oběžnou dráhu) je 7, 9 km / s. Nosná raketa, přestože je dostatečně velká, bude stále zapotřebí.
Graham a Smith však našli jinou cestu. Neomezovali se jen na trajekt. V březnu 1961 na pokyn vedení ČB připravili tajný dokument s názvem „Steam Hydrogen Booster for Spacecraft Launch“, na který byla upozorněna NASA. (Utajení však netrvalo dlouho, až do roku 1964, kdy Grahamovi a Smithovi byl udělen americký patent č. 3131597 - „Způsob a zařízení pro odpalování raket“). V dokumentu vývojáři popsali systém schopný akcelerovat vesmírnou loď o hmotnosti až 120 tun na rychlost téměř 2,5 km / s, přičemž zrychlení podle výpočtů nepřekročila 100g. Další zrychlení na první vesmírnou rychlost mělo být provedeno pomocí raketových posilovačů.
Vzhledem k tomu, že pára není schopna urychlit vesmírnou střelu na tuto rychlost, rozhodli se inženýři ČB použít dvoustupňové schéma. V první fázi pára stlačovala a tím zahřívala vodík, jehož rychlost zvuku je mnohem vyšší (při 5500C - 2150 m / s, při 11000C - 2760 m / s, při 16500C - více než 3 km / s). Byl to vodík, který měl kosmickou loď přímo zrychlit. Náklady na tření při použití vodíku byly navíc výrazně nižší.
Super zbraň
Samotný odpalovací zařízení mělo být grandiózní strukturou - gigantickou supergunou, kterou nikdo nikdy nepostavil. Hlaveň o průměru 7 m byla 3 km (!) Na výšku a musela být umístěna svisle uvnitř hory odpovídajících rozměrů. Pro přístup k „závěru“obřího děla byly na úpatí hory vytvořeny tunely. Byl zde také závod na výrobu vodíku ze zemního plynu a obří parní generátor.
Odtud pára potrubím vstoupila do akumulátoru - ocelové koule o průměru 100 metrů, umístěné půl kilometru pod základnou hlavně a pevně „namontované“do horninového masivu, aby poskytovaly potřebnou pevnost stěny: pára v akumulátor měl teplotu asi 5500 ° C a tlak více než 500 atm.
Parní akumulátor byl připojen ke kontejneru s vodíkem umístěným nad ním, válci o průměru 25 ma délce asi 400 m se zaoblenými základnami, pomocí systému trubek a 70 vysokorychlostních ventilů, každý asi 1 m v průměr. Na základnu sudu byl zase připojen vodíkový válec se systémem 70 mírně větších ventilů (průměr 1,2 m). Všechno to fungovalo takto: pára byla čerpána z akumulátoru do válce a vzhledem k jeho vyšší hustotě zabírala jeho spodní část, v horní části stlačovala vodík na 320 atm. a zahřeje ho na 17 000 C.
Kosmická loď byla instalována na speciální platformu, která sloužila jako paleta při akceleraci v sudu. Současně vycentrovalo zařízení a omezilo průlom urychlujícího vodíku (takto jsou uspořádány moderní projektily podkaliberní). Aby se snížil odpor vůči zrychlení, byl ze sudu čerpán vzduch a tlama byla utěsněna speciální membránou.
Náklady na stavbu vesmírného děla odhadovala společnost B&W zhruba na 270 milionů dolarů. Pak ale dělo mohlo „střílet“každé čtyři dny, čímž se náklady na první stupeň rakety Saturn snížily z 5 milionů dolarů na nějakých ubohých 100 tisíc dolarů.. Náklady na vynesení 1 kg užitečného nákladu na oběžnou dráhu přitom klesly z 2500 na 400 dolarů.
Aby se prokázala účinnost systému, vývojáři navrhli postavit zmenšený model 1:10 v jedné z opuštěných dolů. NASA váhala: jelikož investovala obrovské částky peněz do vývoje tradičních raket, agentura si nemohla dovolit utratit 270 milionů dolarů za konkurenční technologie, a to dokonce s neznámým výsledkem. Přetížení 100 g, byť na dvě sekundy, navíc zjevně znemožnilo použití supergun v vesmírném programu s lidskou posádkou.
Sen Julesa Verna
Graham a Smith nebyli první ani poslední inženýři, kteří zachytili představivost konceptu vypuštění kosmické lodi s dělem. Na začátku 60. let 20. století Kanaďan Gerald Bull vyvíjel projekt High Altitude Research Project (HARP), který vypaloval výškové atmosférické sondy do nadmořské výšky téměř 100 km. V národní laboratoři Livermore. Lawrence v Kalifornii do roku 1995, jako součást projektu SHARP (Super High Altitude Research Project) pod vedením Johna Huntera byla vyvinuta dvoustupňová zbraň, ve které byl vodík stlačován spalováním metanu a pětikilogramová střela zrychlovala až 3 km / s. Bylo také mnoho projektů železničních zbraní - elektromagnetických urychlovačů pro start kosmických lodí.
Ale všechny tyto projekty zmizely před ČB supergun. "Došlo k hrozné, neslýchané, neuvěřitelné explozi!" Není možné sdělit jeho sílu - pokrylo by to nejhlučnější hrom a dokonce i řev sopečné erupce. Z útrob země stoupal obrovský svazek ohně, jako z kráteru sopky. Země se otřásla a téměř žádnému z diváků se v tu chvíli nepodařilo vidět projektil vítězně prořezávající vzduch ve smršti dýmu a ohně „… - tak popsal Jules Verne záběr obří Columbiade ve své slavné román.
Ještě silnějším dojmem mělo působit dělo Graham-Smith. Podle výpočtů si každý start vyžádal zhruba 100 tun vodíku, který byl po střele vyhozen do atmosféry. Zahřátý na teplotu 17 000 ° C se při kontaktu s atmosférickým kyslíkem vznítil a změnil horu v obrovskou pochodeň, ohnivý sloup táhnoucí se několik kilometrů nahoru. Když spálí takové množství vodíku, vytvoří se 900 tun vody, která by se rozptýlila ve formě páry a pršela dolů (možná vroucí v bezprostřední blízkosti). Tím však přehlídka nekončila. V návaznosti na hořící vodík bylo 25 000 tun přehřáté páry vyhozeno vzhůru, čímž vznikl obří gejzír. Steam se také částečně rozptýlil, částečně kondenzoval a vypadl ve formě silných srážek (obecně sucho neohrožovalo bezprostřední okolí). To vše samozřejmě muselo být doprovázeno jevy, jako jsou tornáda, bouřky a blesky.
Julesovi Vernovi by se to líbilo. Plán byl však stále příliš fantastický, a proto navzdory všem speciálním efektům NASA upřednostňovala tradičnější způsob vesmírných startů - starty raket. Škoda: více steampunkovou metodu si lze jen těžko představit.
