Steam varēja veikt nopietnu darbu ne tikai 19. gadsimtā, bet arī 21. gadsimtā.
Pirmais mākslīgais Zemes pavadonis, kuru 1957. gada 4. oktobrī orbītā palaida PSRS, svēra tikai 83,6 kg. Tas bija tas, kurš atvēra cilvēcei kosmosa laikmetu. Tajā pašā laikā kosmosa sacensības sākās starp abām lielvalstīm - Padomju Savienību un ASV. Nepilnu mēnesi vēlāk PSRS atkal pārsteidza pasauli, palaižot otru 508 kg smagu pavadoni ar suni Laiku. ASV spēja atbildēt uz zvanu tikai nākamajā, 1958. gadā, 31. janvārī palaižot satelītu Explorer-1. Turklāt tā masa bija desmit reizes mazāka nekā pirmā padomju pavadoņa - 8, 3 kg … Amerikāņu inženieri, protams, varēja iedomāties, ka orbītā nogādās smagāku satelītu, bet jau pie pašas domas par to, cik daudz degvielas vajadzētu nest nesējraķetei, viņi to nedarīja paši. Viens no populārajiem amerikāņu žurnāliem rakstīja: “Lai satelītu palaistu zemas zemes orbītā, raķetes masai par vairākiem tūkstošiem reižu jāpārsniedz kravnesības masa. Bet zinātnieki uzskata, ka tehnoloģiju attīstība ļaus viņiem samazināt šo attiecību līdz simtam. Bet pat šis skaitlis nozīmēja, ka pietiekami liela satelīta palaišanai, lai tas būtu noderīgs, būtu nepieciešams sadedzināt milzīgu daudzumu dārgas degvielas.
Lai samazinātu pirmā posma izmaksas, ir piedāvātas dažādas iespējas: sākot ar daudzkārt lietojamu kosmosa kuģi un beidzot ar pilnīgi fantastiskām idejām. Starp tiem bija ideja par Arturu Grehemu, Babcock & Wilcox (B&W), kas kopš 1867. gada ražo tvaika katlus, progresīvās attīstības vadītāju. Kopā ar citu B & W inženieri Čārlzu Smitu Greiems mēģināja izdomāt, vai kosmosa kuģi varētu novietot orbītā, izmantojot … tvaiku.
Tvaiks un ūdeņradis
Graham šajā laikā nodarbojās ar superkritisku augstas temperatūras katlu izstrādi, kas darbojas temperatūrā virs 3740 ° C un spiedienā virs 220 atm. (virs šī kritiskā punkta ūdens vairs nav šķidrums vai gāze, bet gan tā saucamais superkritiskais šķidrums, apvienojot abu īpašības). Vai tvaiku var izmantot kā "stūmēju", lai samazinātu degvielas daudzumu nesējraķetes pirmajā posmā? Pirmās aplēses nebija pārāk optimistiskas. Fakts ir tāds, ka jebkuras gāzes izplešanās ātrumu ierobežo skaņas ātrums šajā gāzē. 5500C temperatūrā skaņas izplatīšanās ātrums ūdens tvaikos ir aptuveni 720 m / s, pie 11000C - 860 m / s, pie 16500C - 1030 m / s. Šie ātrumi var šķist lieli, taču nevajadzētu aizmirst, ka pat pirmais kosmiskais ātrums (nepieciešams satelīta novietošanai orbītā) ir 7,9 km / s. Tātad nesējraķete, kaut arī pietiekami liela, joprojām būs nepieciešama.
Tomēr Grehems un Smits atrada citu ceļu. Viņi neaprobežojās tikai ar prāmi. 1961. gada martā pēc B&W vadības norādījumiem viņi sagatavoja slepenu dokumentu ar nosaukumu "Steam Hydrogen Booster for Spacecraft Launch", kas tika iepazīstināts ar NASA. (Tomēr slepenība nebija ilga, līdz 1964. gadam, kad Grehems un Smits saņēma ASV patentu Nr. 3131597 - "Raķešu palaišanas metode un aparāts"). Dokumentā izstrādātāji aprakstīja sistēmu, kas spēj paātrināt līdz 120 tonnām smagu kosmosa kuģi līdz gandrīz 2,5 km / s ātrumam, savukārt paātrinājumi, pēc aprēķiniem, nepārsniedza 100 g. Turpmākais paātrinājums līdz pirmajam kosmosa ātrumam bija jāveic ar raķešu pastiprinātāju palīdzību.
Tā kā tvaiks nespēj paātrināt kosmosa šāviņu līdz šādam ātrumam, B&W inženieri nolēma izmantot divpakāpju shēmu. Pirmajā posmā tvaiks saspieda un tādējādi uzsildīja ūdeņradi, kura skaņas ātrums ir daudz lielāks (pie 5500C - 2150 m / s, pie 11000C - 2760 m / s, pie 16500C - vairāk nekā 3 km / s). Tas bija ūdeņradis, kam vajadzēja tieši paātrināt kosmosa kuģi. Turklāt berzes izmaksas, lietojot ūdeņradi, bija ievērojami zemākas.
Super lielgabals
Pašajai nesējraķetei vajadzēja būt grandiozai struktūrai - gigantiskam superpistolim, kuram līdzīgs neviens nekad nebija uzbūvējis. Muca ar 7 m diametru bija 3 km (!) Augstumā un tai bija jāatrodas vertikāli atbilstoša izmēra kalna iekšpusē. Lai piekļūtu milzu lielgabala "vēdeklim", kalna pamatnē tika izveidoti tuneļi. Tur bija arī rūpnīca ūdeņraža ražošanai no dabasgāzes un milzīgs tvaika ģenerators.
No turienes tvaiki caur cauruļvadiem iekļuva akumulatorā - 100 metru diametra tērauda sfērā, kas atrodas puskilometru zem mucas pamatnes un stingri “iemontēta” iežu masā, lai nodrošinātu nepieciešamo sienu izturību: akumulatora temperatūra bija aptuveni 5500C un spiediens vairāk nekā 500 atm.
Tvaika akumulators tika savienots ar tvertni ar ūdeņradi, kas atrodas virs tā, cilindru ar diametru 25 m un garumu aptuveni 400 m ar noapaļotām pamatnēm, izmantojot cauruļu sistēmu un 70 ātrgaitas vārstus, katrs apmēram 1 m diametrs. Savukārt pie mucas pamatnes tika pievienots ūdeņraža cilindrs ar 70 nedaudz lielāku vārstu sistēmu (1,2 m diametrā). Tas viss darbojās šādi: tvaiks no akumulatora tika iesūknēts cilindrā un, pateicoties lielākam blīvumam, aizņēma tā apakšējo daļu, augšējā daļā saspiežot ūdeņradi līdz 320 atm. un sasilda līdz 17000C.
Kosmosa kuģis tika uzstādīts uz īpašas platformas, kas kalpoja kā palete paātrinājuma laikā mucā. Tas vienlaicīgi centrēja aparātu un samazināja paātrinātā ūdeņraža izrāvienu (šādi tiek sakārtoti mūsdienu apakškalibra šāviņi). Lai samazinātu pretestību paātrinājumam, no mucas tika izsūknēts gaiss, un purns tika noslēgts ar īpašu diafragmu.
Kosmosa lielgabala būvēšanas izmaksas B & W lēsa aptuveni 270 miljonu ASV dolāru apmērā. Bet tad lielgabals varētu "izšaut" ik pēc četrām dienām, samazinot Saturna raķetes pirmā posma izmaksas no 5 miljoniem ASV dolāru līdz dažiem niecīgiem 100 tūkstošiem dolāru.. Tajā pašā laikā izmaksas par 1 kg kravas ievietošanu orbītā samazinājās no 2500 USD līdz 400 USD.
Lai pierādītu sistēmas efektivitāti, izstrādātāji ierosināja uzbūvēt mēroga modeli 1:10 vienā no pamestajām raktuvēm. NASA vilcinājās: ieguldījusi milzīgas naudas summas tradicionālo raķešu izstrādē, aģentūra nevarēja atļauties tērēt 270 miljonus dolāru konkurējošām tehnoloģijām un pat ar nezināmu rezultātu. Turklāt 100 g pārslodze, kaut arī divas sekundes, nepārprotami padarīja neiespējamu superpistoles izmantošanu pilotējamā kosmosa programmā.
Žila Verna sapnis
Grehems un Smits nebija ne pirmie, ne pēdējie inženieri, kas uztvēra iztēli par kosmosa kuģa palaišanu ar lielgabalu. Pagājušā gadsimta 60. gadu sākumā kanādietis Džeralds Buls izstrādāja augstkalnu izpētes projektu (HARP), apšaujot augstkalnu atmosfēras zondes gandrīz 100 km augstumā. Livermoras nacionālajā laboratorijā. Lorensa Kalifornijā līdz 1995. gadam SHARP (Super High Altitude Research Project) projekta ietvaros Džona Hantera vadībā tika izstrādāts divpakāpju lielgabals, kurā ūdeņradis tika saspiests, sadedzinot metānu, un paātrinājās piecu kilogramu lādiņš līdz 3 km / s. Bija arī daudzi dzelzceļa ieroču projekti - elektromagnētiskie paātrinātāji kosmosa kuģu palaišanai.
Bet visi šie projekti izbalēja pirms B & W superpistoles. “Notika briesmīgs, nedzirdēts, neticams sprādziens! Nav iespējams nodot tās spēku - tas aptvertu visdullinošāko pērkonu un pat vulkāna izvirduma rūkoņu. No zemes dzīlēm pacēlās gigantisks uguns kušķis, it kā no vulkāna krātera. Zeme satricināja, un diez vai kādam no skatītājiem tajā brīdī izdevās redzēt šāviņu, kas triumfējoši grieza gaisu dūmu un uguns virpulī”… - tā savā slavenajā Kolumbiada šāvienu raksturoja Žils Verns. novele.
Grehema-Smita lielgabalam vajadzēja atstāt vēl spēcīgāku iespaidu. Saskaņā ar aprēķiniem, katrai palaišanai vajadzēja apmēram 100 tonnas ūdeņraža, kas pēc šāviņa tika izmests atmosfērā. Sasildīts līdz 17000C temperatūrai, tas aizdegās, nonākot saskarē ar atmosfēras skābekli, pārvēršot kalnu par milzu lāpu, uguns stabu, kas stiepjas vairākus kilometrus uz augšu. Degot tik daudz ūdeņraža, veidojas 900 tonnas ūdens, kas tvaika un lietus veidā izkliedētos (iespējams, tuvākajā apkārtnē vārot). Tomēr izrāde ar to nebeidzās. Pēc degošā ūdeņraža uz augšu tika izmests 25 000 tonnu pārkarsēta tvaika, veidojot milzu geizeru. Tvaiks arī daļēji izkliedējās, daļēji kondensējās un izkrita spēcīgu nokrišņu veidā (kopumā sausums tuvāko apkārtni neapdraudēja). Tam visam, protams, bija jāpievieno tādas parādības kā viesuļvētras, pērkona negaiss un zibens.
Žilam Vernam tas būtu paticis. Tomēr plāns joprojām bija pārāk fantastisks, tāpēc, neskatoties uz visiem specefektiem, NASA deva priekšroku tradicionālākam kosmosa palaišanas veidam - raķešu palaišanai. Žēl: vairāk steampunk metodes ir grūti iedomāties.
