Steam sadece 19. yüzyılda değil, 21. yüzyılda da ciddi işler yapabilirdi.
4 Ekim 1957'de SSCB tarafından yörüngeye fırlatılan ilk yapay Dünya uydusu sadece 83,6 kg ağırlığındaydı. İnsanlığa uzay çağını açan oydu. Aynı zamanda, iki güç - Sovyetler Birliği ve Amerika Birleşik Devletleri - arasında uzay yarışı başladı. Bir aydan kısa bir süre sonra, SSCB, Laika köpeğiyle birlikte 508 kg ağırlığındaki ikinci bir uyduyu fırlatarak dünyayı bir kez daha şaşırttı. Amerika Birleşik Devletleri, 31 Ocak'ta Explorer-1 uydusunu fırlatarak ancak gelecek yıl 1958'de çağrıya cevap verebildi. Dahası, kütlesi ilk Sovyet uydusundan on kat daha azdı - 8, 3 kg … Amerikalı mühendisler, elbette, daha ağır bir uyduyu yörüngeye koymayı hayal edebiliyorlardı, ancak fırlatma aracının ne kadar yakıt taşıması gerektiğini düşündüler., kendi başlarına yapmadılar. Popüler Amerikan dergilerinden biri şunları yazdı: “Bir uyduyu düşük dünya yörüngesine fırlatmak için roketin kütlesi, yükün kütlesini birkaç bin kat aşmalıdır. Ancak bilim adamları, teknolojideki ilerlemelerin bu oranı yüze indirmelerine izin vereceğine inanıyor. Ancak bu rakam bile, kullanışlı olacak kadar büyük bir uyduyu fırlatmanın çok büyük miktarlarda pahalı yakıt yakmayı gerektireceğini ima ediyordu.
İlk aşamanın maliyetini azaltmak için çeşitli seçenekler önerildi: yeniden kullanılabilir bir uzay aracı yapmaktan tamamen fantastik fikirlere kadar. Bunların arasında, 1867'den beri buhar kazanları üreten Babcock & Wilcox'un (B&W) gelişmiş geliştirme başkanı Arthur Graham'ın fikri vardı. Başka bir siyah beyaz mühendis olan Charles Smith ile birlikte Graham, uzay aracının buhar kullanılarak yörüngeye alınıp alınamayacağını anlamaya çalıştı.
Buhar ve hidrojen
Graham şu anda 3740C'nin üzerindeki sıcaklıklarda ve 220 atm'nin üzerindeki basınçlarda çalışan süper kritik yüksek sıcaklık kazanlarının geliştirilmesiyle uğraştı. (bu kritik noktanın üzerinde, su artık bir sıvı veya gaz değil, her ikisinin özelliklerini birleştiren sözde süper kritik bir sıvıdır). Buhar, bir fırlatma aracının ilk aşamasında yakıt miktarını azaltmak için bir "itici" olarak kullanılabilir mi? İlk tahminler aşırı iyimser değildi. Gerçek şu ki, herhangi bir gazın genişleme hızı, bu gazdaki ses hızı ile sınırlıdır. 5500C sıcaklıkta, su buharındaki ses yayılma hızı 11000C - 860 m/s'de, 16500C - 1030 m/s'de yaklaşık 720 m/s'dir. Bu hızlar yüksek görünebilir ancak ilk kozmik hızın (bir uyduyu yörüngeye oturtmak için gerekli) bile 7,9 km/s olduğu unutulmamalıdır. Bu nedenle, yeterince büyük olsa da, bir fırlatma aracına yine de ihtiyaç duyulacaktır.
Ancak Graham ve Smith başka bir yol buldu. Kendilerini sadece vapurla sınırlamadılar. Mart 1961'de B&W yönetiminin talimatı üzerine, NASA'nın dikkatine sunulan "Uzay Aracı Fırlatma için Buhar Hidrojen Güçlendirici" başlıklı gizli bir belge hazırladılar. (Ancak, gizlilik, Graham ve Smith'e 3131597 - "Roket fırlatma yöntemi ve aparatı" adlı ABD patentini aldıkları 1964 yılına kadar uzun sürmedi. Belgede geliştiriciler, 120 tona kadar ağırlığa sahip bir uzay aracını yaklaşık 2,5 km / s hıza kadar hızlandırabilen bir sistem tanımlarken, hesaplamalara göre ivmeler 100g'yi geçmedi. İlk uzay hızına daha fazla hızlanma roket güçlendiricilerin yardımıyla gerçekleştirilecekti.
Buhar, bir uzay mermisini bu hıza çıkaramayacağından, B&W mühendisleri iki aşamalı bir şema kullanmaya karar verdiler. İlk aşamada, buhar sıkıştırılır ve böylece ses hızı çok daha yüksek olan hidrojeni ısıtır (5500C - 2150 m / s'de, 11000C - 2760 m / s'de, 16500C'de - 3 km / s'den fazla). Uzay aracını doğrudan hızlandırması gereken hidrojendi. Ek olarak, hidrojen kullanıldığında sürtünme maliyetleri önemli ölçüde daha düşüktü.
süper silah
Başlatıcının kendisinin görkemli bir yapı olması gerekiyordu - şimdiye kadar kimsenin inşa etmediği devasa bir süper silah. 7 m çapındaki namlu 3 km (!) yüksekliğindeydi ve uygun boyutlarda bir dağın içine dikey olarak yerleştirilmesi gerekiyordu. Dev topun "makatına" erişmek için dağın eteğinde tüneller yapıldı. Ayrıca doğalgazdan hidrojen üreten bir tesis ve dev bir buhar jeneratörü vardı.
Oradan, boru hatlarından geçen buhar akümülatöre girdi - namlunun tabanının yarım kilometre altında bulunan ve gerekli duvar mukavemetini sağlamak için kaya kütlesine sert bir şekilde “monte edilmiş” 100 metre çapında çelik bir küre: akümülatör yaklaşık 550°C'lik bir sıcaklığa ve 500 atm'den fazla bir basınca sahipti.
Buhar akümülatörü, üzerinde hidrojen bulunan bir kaba, 25 m çapında ve yaklaşık 400 m uzunluğunda yuvarlak tabanlı bir silindire, her biri yaklaşık 1 m çapında bir boru sistemi ve 70 yüksek hızlı valf kullanılarak bağlandı. çap. Buna karşılık, namlunun tabanına 70 biraz daha büyük valf (1.2 m çapında) sistemine sahip bir hidrojen silindiri bağlandı. Her şey şu şekilde çalıştı: akümülatörden silindire buhar pompalandı ve daha yüksek yoğunluğu nedeniyle alt kısmını işgal etti, üst kısımda hidrojeni 320 atm'ye sıkıştırdı. ve 17000C'ye kadar ısıtmak.
Uzay aracı, namluda hızlanma sırasında palet görevi gören özel bir platform üzerine kuruldu. Aynı anda aparatı merkezledi ve hızlanan hidrojenin atılımını azalttı (modern alt kalibreli mermiler bu şekilde düzenlenir). Hızlanmaya karşı direnci azaltmak için, namludan hava pompalandı ve namlu özel bir diyaframla kapatıldı.
Uzay topunu inşa etmenin maliyeti B&W tarafından yaklaşık 270 milyon dolar olarak tahmin edildi, ancak daha sonra top her dört günde bir "ateş edebiliyor" ve Satürn roketinin ilk aşamasının maliyetini 5 milyon dolardan yaklaşık 100 bin dolara düşürebiliyordu.. Aynı zamanda 1 kg yükü yörüngeye koymanın maliyeti 2500 dolardan 400 dolara düştü.
Sistemin verimliliğini kanıtlamak için geliştiriciler, terk edilmiş madenlerden birinde 1:10 ölçekli bir model oluşturmayı önerdiler. NASA tereddüt etti: geleneksel roketlerin geliştirilmesine büyük miktarda para yatıran ajans, rakip teknolojiye ve hatta bilinmeyen bir sonuçla 270 milyon dolar harcamayı göze alamazdı. Ayrıca, iki saniyeliğine de olsa 100 g'lık bir aşırı yük, süper silahın insanlı bir uzay programında kullanılmasını açıkça imkansız hale getirdi.
Jules Verne'in rüyası
Graham ve Smith, bir topla uzay aracı fırlatma konseptinin hayal gücünü yakalayan ne ilk ne de son mühendislerdi. 1960'ların başında, Kanadalı Gerald Bull, Yüksek İrtifa Araştırma Projesi'ni (HARP) geliştiriyordu ve yüksek irtifa atmosferik problarını neredeyse 100 km yüksekliğe ateşledi. Livermore Ulusal Laboratuvarı'nda. Lawrence, 1995 yılına kadar Kaliforniya'da, John Hunter liderliğindeki SHARP (Süper Yüksek İrtifa Araştırma Projesi) projesinin bir parçası olarak, hidrojenin metan yakılarak sıkıştırıldığı ve beş kilogramlık bir merminin hızlandırıldığı iki aşamalı bir silah geliştirildi. 3 km / s'ye kadar. Ayrıca birçok demiryolu tabancası projesi vardı - uzay aracını başlatmak için elektromanyetik hızlandırıcılar.
Ancak tüm bu projeler siyah beyaz süper silahtan önce kayboldu. “Korkunç, duyulmamış, inanılmaz bir patlama oldu! Gücünü iletmek imkansız - en sağır edici gök gürültüsünü ve hatta volkanik bir patlamanın kükremesini bile kaplayacaktı. Toprağın derinliklerinden, bir yanardağın kraterinden çıkmış gibi devasa bir ateş demeti yükseldi. Yer sarsıldı ve seyircilerin neredeyse hiçbiri o anda merminin bir duman ve ateş kasırgasında havayı muzaffer bir şekilde kestiğini görmeyi başaramadı … Roman.
Graham-Smith topu daha da güçlü bir izlenim bırakmalıydı. Hesaplamalara göre, her fırlatma, merminin ardından atmosfere atılan yaklaşık 100 ton hidrojen gerektiriyordu. 17000C sıcaklığa kadar ısıtılan bu dağ, atmosferik oksijenle temas ettiğinde tutuşarak, dağı birkaç kilometre yukarıya doğru uzanan dev bir meşaleye dönüştürdü. Böyle bir miktarda hidrojen yandığında, buhar şeklinde dağılacak ve yağmur şeklinde dağılacak (muhtemelen yakın çevresinde kaynayan) 900 ton su oluşur. Ancak gösteri burada bitmedi. Yanan hidrojenin ardından, 25.000 ton aşırı ısıtılmış buhar yukarı doğru atılarak dev bir gayzer oluşturdu. Buhar da kısmen dağıldı, kısmen yoğunlaştı ve yoğun yağış şeklinde düştü (genel olarak kuraklık yakın çevreyi tehdit etmedi). Bütün bunlara elbette kasırgalar, gök gürültülü fırtınalar ve şimşek gibi fenomenler eşlik etmek zorundaydı.
Jules Verne buna bayılırdı. Bununla birlikte, plan hala çok fantastikti, bu nedenle, tüm özel efektlere rağmen, NASA daha geleneksel uzay fırlatma yöntemini - roket fırlatmalarını - tercih etti. Çok kötü: Daha fazla steampunk yöntemi hayal etmek zor.
