Steam bi mogao ozbiljno raditi ne samo u 19. stoljeću, već i u 21. stoljeću.
Prvi umjetni Zemljin satelit, koji je SSSR lansirao u orbitu 4. listopada 1957. godine, težio je samo 83,6 kg. On je otvorio svemirsko doba za čovječanstvo. U isto vrijeme započela je svemirska utrka između dviju sila - Sovjetskog Saveza i Sjedinjenih Država. Manje od mjesec dana kasnije, SSSR je ponovno zadivio svijet lansiranjem drugog satelita teškog 508 kg s psom Laikom na brodu. Sjedinjene Države mogle su se odazvati pozivu tek sljedeće godine, 1958., lansiranjem satelita Explorer-1 31. siječnja. Štoviše, njegova je masa bila deset puta manja od prvog sovjetskog satelita - 8, 3 kg … Američki su inženjeri, naravno, mogli zamisliti da u orbitu stave teži satelit, ali pri samoj pomisli koliko bi goriva lansirno vozilo trebalo nositi, nisu sami. Jedan od popularnih američkih časopisa napisao je: „Da bi lansirali satelit u orbitu s niskom zemljom, masa rakete mora premašiti masu korisnog tereta nekoliko tisuća puta. No znanstvenici vjeruju da će im napredak tehnologije omogućiti da taj omjer smanje na sto. No čak je i ta brojka implicirala da bi za lansiranje satelita dovoljno velikog da bude koristan potrebno izgorjeti ogromne količine skupog goriva.
Kako bi se smanjili troškovi prve faze, predložene su različite mogućnosti: od izgradnje svemirske letjelice za višekratnu uporabu do potpuno fantastičnih ideja. Među njima je bila i ideja Arthura Grahama, voditelja naprednog razvoja u tvrtki Babcock & Wilcox (B&W), koja proizvodi parne kotlove od 1867. godine. Zajedno s drugim inženjerom za crno -bijelo, Charlesom Smithom, Graham je pokušao otkriti može li se letjelica staviti u orbitu pomoću … pare.
Para i vodik
Graham se u to vrijeme bavio razvojem superkritičnih visokotemperaturnih kotlova koji rade na temperaturama iznad 3740C i pritiscima iznad 220 atm. (iznad ove kritične točke, voda više nije tekućina ili plin, već takozvana nadkritična tekućina, koja kombinira svojstva oba). Može li se para koristiti kao "potiskivač" za smanjenje količine goriva u prvoj fazi lansirnog vozila? Prve procjene nisu bile pretjerano optimistične. Činjenica je da je brzina širenja bilo kojeg plina ograničena brzinom zvuka u tom plinu. Na temperaturi od 5500C, brzina širenja zvuka u vodenoj pari je oko 720 m / s, pri 11000C - 860 m / s, pri 16500C - 1030 m / s. Te se brzine mogu činiti visokim, ali ne treba zaboraviti da je čak i prva kozmička brzina (potrebna za postavljanje satelita u orbitu) 7,9 km / s. Tako će lansirno vozilo, iako dovoljno veliko, ipak biti potrebno.
Međutim, Graham i Smith pronašli su drugi način. Nisu se ograničili samo na trajekt. U ožujku 1961. godine, prema uputama uprave B&W -a, pripremili su tajni dokument pod naslovom "Parni pojačivač vodika za lansiranje svemirskih letjelica", na koji je skrenuta pozornost NASA -e. (Međutim, tajnost nije dugo trajala, sve do 1964. godine, kada su Graham i Smith dobili američki patent broj 3131597 - "Metoda i uređaj za lansiranje raketa"). U dokumentu su programeri opisali sustav sposoban ubrzati letjelicu tešku do 120 tona do brzine od gotovo 2,5 km / s, dok ubrzanja, prema izračunima, nisu prelazila 100 g. Daljnje ubrzanje do prve svemirske brzine trebalo je izvesti uz pomoć raketnih pojačivača.
Budući da para nije sposobna ubrzati svemirski projektil do ove brzine, inženjeri bijele i bijele boje odlučili su koristiti dvostupanjsku shemu. U prvoj fazi para je stisnula i tako zagrijala vodik čija je brzina zvuka mnogo veća (pri 5500C - 2150 m / s, pri 11000C - 2760 m / s, pri 16500C - više od 3 km / s). Upravo je vodik trebao izravno ubrzati letjelicu. Osim toga, troškovi trenja pri uporabi vodika bili su znatno manji.
Super pištolj
Sam bacač trebao je biti grandiozna građevina - gigantska super -puška, jednaka kakvu nitko nikada nije izgradio. Cijev promjera 7 m bila je visine 3 km (!) I morala se nalaziti okomito unutar planine odgovarajućih dimenzija. Za pristup "zatvaraču" divovskog topa, u podnožju planine napravljeni su tuneli. Postojalo je i postrojenje za proizvodnju vodika iz prirodnog plina te divovski generator pare.
Odatle je para kroz cjevovode ulazila u akumulator - čeličnu kuglu promjera 100 metara, smještenu pola kilometra ispod podnožja cijevi i kruto "montiranu" u stijensku masu kako bi se osigurala potrebna čvrstoća stijenke: para u akumulator je imao temperaturu od oko 5500C i tlak veći od 500 atm.
Akumulator pare bio je spojen na spremnik s vodikom koji se nalazio iznad njega, cilindar promjera 25 m i duljine oko 400 m sa zaobljenim dnom, pomoću sustava cijevi i 70 brzih ventila, svaki oko 1 m u promjer. Zauzvrat, cilindrični vodik sa sustavom od 70 malo većih ventila (promjera 1,2 m) spojen je na podnožje cijevi. Sve je to funkcioniralo ovako: para se ispumpavala iz akumulatora u cilindar i zbog veće gustoće zauzimala njegov donji dio, komprimirajući vodik u gornjem dijelu na 320 atm. i zagrijavanje do 17000C.
Svemirska letjelica je instalirana na posebnoj platformi koja je služila kao paleta tijekom ubrzanja u cijevi. Istodobno je centrirao aparat i smanjio proboj ubrzavajućeg vodika (tako su raspoređeni moderni projektili podkalibra). Kako bi se smanjio otpor ubrzanju, zrak se ispumpavao iz cijevi, a njuška je zabrtvljena posebnom membranom.
Troškove izgradnje svemirskog topa B&W je procijenio na oko 270 milijuna dolara. No tada bi top mogao "pucati" svaka četiri dana, smanjujući troškove prve faze rakete Saturn sa 5 milijuna dolara na nekih bijednih 100 tisuća dolara. Istodobno su troškovi stavljanja 1 kg korisnog tereta u orbitu pali sa 2500 USD na 400 USD.
Kako bi dokazali učinkovitost sustava, programeri su predložili izgradnju modela razmjera 1:10 u jednom od napuštenih rudnika. NASA je oklijevala: uloživši ogromne količine novca u razvoj tradicionalnih raketa, agencija si nije mogla priuštiti da potroši 270 milijuna dolara na konkurentnu tehnologiju, pa čak i s nepoznatim rezultatom. Štoviše, preopterećenje od 100 g, doduše na dvije sekunde, očito je onemogućilo upotrebu superpuške u svemirskom programu s ljudskom posadom.
San Julesa Verna
Graham i Smith nisu bili ni prvi ni posljednji inženjeri koji su zarobili maštu koncepta lansiranja svemirskih letjelica topom. Početkom 1960-ih, Kanađanin Gerald Bull razvijao je istraživački projekt na visokim nadmorskim visinama (HARP), ispaljujući atmosferske sonde na nadmorskoj visini do visine od gotovo 100 km. U nacionalnom laboratoriju Livermore. Lawrence u Kaliforniji do 1995., u sklopu projekta SHARP (Super High Altitude Research Project) pod vodstvom Johna Huntera, razvijen je dvostupanjski pištolj u kojem se vodik komprimira spaljivanjem metana, a projektil od pet kilograma ubrzava do 3 km / s. Bilo je i mnogo projekata željezničkih topova - elektromagnetskih akceleratora za lansiranje svemirskih letjelica.
No svi su ti projekti izblijedjeli prije B&W superpuške. “Dogodila se strašna, nečuvena, nevjerojatna eksplozija! Nemoguće je prenijeti njegovu moć - pokrila bi najglušu grmljavinu, pa čak i tutnjavu vulkanske erupcije. Iz utrobe zemlje digao se golemi vatreni snop, kao iz kratera vulkana. Zemlja se tresla, a jedva da je netko od gledatelja u tom trenutku uspio vidjeti kako projektil pobjedonosno siječe zrak u vrtlogu dima i vatre”… - ovako je Jules Verne opisao kadar divovske Kolumbijade u svom čuvenom roman.
Top Graham-Smith trebao je ostaviti još snažniji dojam. Prema izračunima, za svako lansiranje bilo je potrebno oko 100 tona vodika koji je, nakon projektila, bačen u atmosferu. Zagrijana na temperaturu od 17000C, zapalila se kada je došla u dodir s atmosferskim kisikom, pretvarajući planinu u divovsku baklju, vatreni stup koji se proteže nekoliko kilometara prema gore. Kad takva količina vodika izgori, nastaje 900 tona vode koja bi se rasipala u obliku pare i kiše (eventualno kipuće u neposrednoj blizini). Međutim, predstava tu nije završila. Nakon gorućeg vodika, 25.000 tona pregrijane pare bačeno je prema gore, tvoreći divovski gejzir. Para se također djelomično raspršila, djelomično kondenzirala i ispala u obliku obilnih oborina (općenito, suša nije prijetila neposrednoj blizini). Sve je to, naravno, moralo biti popraćeno pojavama poput tornada, grmljavine i munje.
Julesu Verneu bi se to svidjelo. Međutim, plan je i dalje bio previše fantastičan, pa je NASA unatoč svim posebnim efektima preferirala tradicionalniji način lansiranja u svemir - lansiranje raketa. Šteta: više steampunk metode teško je zamisliti.
