Steam نه تنها در قرن 19 ، بلکه در قرن 21 نیز می تواند کارهای جدی انجام دهد.
اولین ماهواره زمین مصنوعی که در 4 اکتبر 1957 توسط اتحاد جماهیر شوروی به مدار زمین فرستاده شد ، تنها 83.6 کیلوگرم وزن داشت. این او بود که عصر فضا را برای بشریت باز کرد. در همان زمان ، مسابقه فضایی بین دو قدرت - اتحاد جماهیر شوروی و ایالات متحده آغاز شد. کمتر از یک ماه بعد ، اتحاد جماهیر شوروی دوباره با پرتاب ماهواره دوم به وزن 508 کیلوگرم با سگ لایکا ، جهان را شگفت زده کرد. ایالات متحده تنها در سال بعد ، 1958 ، با پرتاب ماهواره Explorer-1 در 31 ژانویه توانست به این تماس پاسخ دهد. علاوه بر این ، جرم آن ده برابر کمتر از اولین ماهواره شوروی بود - 8 ، 3 کیلوگرم … البته مهندسان آمریکایی می توانستند تصور کنند که ماهواره سنگین تری را در مدار قرار دهند ، اما در تصور اینکه سوخت پرتاب کننده چقدر سوخت باید حمل کند ، آنها به تنهایی انجام ندادند. یکی از مجلات معروف آمریکایی نوشت: "برای پرتاب ماهواره به مدار زمین ، جرم موشک باید چندین هزار بار از جرم بار بیشتر باشد. اما دانشمندان بر این باورند که پیشرفت فناوری به آنها اجازه می دهد این نسبت را به صد کاهش دهند. " اما حتی این رقم دلالت بر این دارد که پرتاب ماهواره به اندازه کافی بزرگ و مفید ، نیازمند سوزاندن حجم عظیمی از سوخت گران است.
برای کاهش هزینه مرحله اول ، گزینه های مختلفی پیشنهاد شده است: از ساخت یک فضاپیمای قابل استفاده مجدد گرفته تا ایده های فوق العاده. در میان آنها ایده آرتور گراهام ، مدیر توسعه پیشرفته Babcock & Wilcox (B&W) ، که از سال 1867 دیگهای بخار تولید می کرد ، وجود داشت. گراهام به همراه یکی دیگر از مهندسان B&W ، چارلز اسمیت ، سعی کردند بفهمند که آیا فضاپیما می تواند با استفاده از بخار در مدار قرار گیرد یا خیر.
بخار و هیدروژن
گراهام در آن زمان مشغول توسعه دیگهای بخار فوق بحرانی با دمای بالا بود که در دمای بالای 3740 درجه سانتیگراد و فشارهای بالای 220 اتمسفر کار می کرد. (در بالای این نقطه بحرانی ، آب دیگر یک مایع یا گاز نیست ، بلکه یک مایع به اصطلاح فوق بحرانی است که خواص هر دو را با هم ترکیب می کند). آیا می توان از بخار به عنوان "فشار دهنده" برای کاهش میزان سوخت در مرحله اول وسیله نقلیه پرتاب استفاده کرد؟ برآوردهای اولیه بیش از حد خوش بینانه نبود. واقعیت این است که سرعت انبساط هر گاز با سرعت صوت در این گاز محدود می شود. در دمای 5500 درجه سانتی گراد ، سرعت انتشار صدا در بخار آب حدود 720 متر بر ثانیه ، در 11000 درجه سانتیگراد - 860 متر بر ثانیه ، در 16500 درجه سانتیگراد - 1030 متر بر ثانیه است. این سرعتها ممکن است زیاد به نظر برسند ، اما نباید فراموش کرد که حتی اولین سرعت کیهانی (برای قرار دادن ماهواره در مدار) 7 ، 9 کیلومتر بر ثانیه است. بنابراین یک وسیله پرتاب ، هر چند به اندازه کافی بزرگ ، هنوز مورد نیاز است.
گراهام و اسمیت راه دیگری پیدا کردند. آنها فقط خود را به کشتی محدود نکردند. در مارس 1961 ، به دستور مدیریت B&W ، آنها یک سند مخفی با عنوان "تقویت کننده هیدروژن بخار برای پرتاب فضاپیما" تهیه کردند که مورد توجه ناسا قرار گرفت. (با این حال ، محرمانه بودن چندان دوام نیاورد ، تا سال 1964 ، زمانی که گراهام و اسمیت به ثبت رسیدند. در این سند ، توسعه دهندگان سیستمی را توصیف کرده اند که می تواند سفینه فضایی تا وزن 120 تن را با سرعت تقریباً 2.5 کیلومتر بر ثانیه شتاب دهد ، در حالی که طبق محاسبات ، شتاب ها از 100 گرم تجاوز نمی کند. شتاب بیشتر به اولین سرعت فضایی قرار بود با کمک تقویت کننده های موشک انجام شود.
از آنجا که بخار قادر به شتاب دادن یک پرتابه فضایی به این سرعت نیست ، مهندسان B&W تصمیم گرفتند از یک طرح دو مرحله ای استفاده کنند. در مرحله اول ، بخار هیدروژن را فشرده و در نتیجه گرم می کند ، سرعت صوت در آن بسیار بیشتر است (در 5500C - 2150 m / s ، در 11000C - 2760 m / s ، در 16500C - بیش از 3 کیلومتر در ثانیه). این هیدروژن بود که قرار بود فضاپیما را مستقیماً شتاب دهد. علاوه بر این ، هزینه اصطکاک هنگام استفاده از هیدروژن به طور قابل توجهی پایین تر بود.
اسلحه فوق العاده
قرار بود خود پرتاب کننده یک ساختار عظیم باشد - یک ابر تفنگ غول پیکر ، که هیچکس تا به حال آن را نساخته بود. بشکه با قطر 7 متر 3 کیلومتر (!) ارتفاع داشت و باید به صورت عمودی در داخل کوهی با ابعاد مناسب قرار می گرفت. برای دسترسی به "بریچ" توپ غول پیکر ، تونل هایی در پایه کوه ساخته شد. همچنین یک کارخانه تولید هیدروژن از گاز طبیعی و یک ژنراتور بخار غول پیکر وجود داشت.
از آنجا ، بخار از طریق خطوط لوله وارد باتری شد - یک کره فولادی به قطر 100 متر ، که نیم کیلومتر زیر قاعده بشکه قرار دارد و به طور محکم "برای نصب استحکام لازم در دیوار سنگ" نصب شده است: بخار در دمای جمع کننده حدود 5500 درجه سانتی گراد و فشار بیش از 500 اتمسفر بود.
باتری بخار به محفظه ای با هیدروژن بالای آن متصل شد ، استوانه ای به قطر 25 متر و طول حدود 400 متر با پایه های گرد ، با استفاده از سیستم لوله ها و 70 سوپاپ سریع ، هر کدام در حدود 1 متر در قطر به نوبه خود ، یک سیلندر هیدروژن با سیستم 70 دریچه کمی بزرگتر (1.2 متر قطر) به پایه بشکه متصل شد. همه چیز به این شکل عمل می کرد: بخار از باتری به داخل سیلندر پمپ می شد و به دلیل چگالی بیشتر ، قسمت پایینی آن را اشغال می کرد و هیدروژن را در قسمت بالایی به 320 اتمسفر فشرده می کرد. و آن را تا 17000 درجه سانتیگراد گرم می کند.
فضاپیما بر روی یک سکوی مخصوص نصب شد که در هنگام شتاب در بشکه به عنوان پالت عمل می کرد. همزمان دستگاه را متمرکز کرد و پیشرفت هیدروژن شتاب دهنده را کاهش داد (اینگونه است که پرتابه های زیر کالیبر مدرن مرتب شده اند). برای کاهش مقاومت در برابر شتاب ، هوا از بشکه خارج شده و پوزه با دیافراگم مخصوص بسته می شود.
هزینه ساخت توپ فضایی توسط B&W حدود 270 میلیون دلار برآورد شده است. اما سپس توپ می تواند هر چهار روز "شلیک" کند و هزینه مرحله اول موشک زحل را از 5 میلیون دلار به حدود 100 هزار دلار کاهش دهد. به در همان زمان ، هزینه قرار دادن 1 کیلوگرم بار در مدار از 2500 دلار به 400 دلار کاهش یافت.
برای اثبات کارآیی سیستم ، توسعه دهندگان پیشنهاد ساختن یک مقیاس 1:10 در یکی از معادن متروکه را دادند. ناسا تردید داشت: با سرمایه گذاری مبالغ هنگفت در توسعه موشک های سنتی ، آژانس نمی تواند هزینه 270 میلیون دلار برای فناوری های رقیب را هزینه کند ، و حتی با نتیجه ای نامعلوم. علاوه بر این ، بار بیش از 100 گرم ، هرچند به مدت دو ثانیه ، به وضوح امکان استفاده از سوپرهنگ در برنامه فضایی سرنشین دار را غیرممکن کرد.
رویای ژول ورن
گراهام و اسمیت نه اولین و نه آخرین مهندسانی بودند که تصور مفهوم پرتاب فضاپیما با توپ را به دست آوردند. در اوایل دهه 1960 ، جرالد بول کانادایی در حال توسعه پروژه تحقیقاتی ارتفاع بالا (HARP) بود و کاوشگرهای جوی با ارتفاع بالا را تا ارتفاع تقریبا 100 کیلومتری شلیک می کرد. در آزمایشگاه ملی لیورمور. لارنس در کالیفرنیا تا سال 1995 ، به عنوان بخشی از پروژه SHARP (پروژه تحقیقاتی در ارتفاع فوق العاده بالا) به رهبری جان هانتر ، یک تفنگ دو مرحله ای تولید شد که در آن هیدروژن با سوزاندن متان فشرده شد و یک پرتابه پنج کیلویی شتاب گرفت. تا 3 کیلومتر بر ثانیه همچنین پروژه های زیادی از اسلحه های راه آهن - شتاب دهنده های الکترومغناطیسی برای پرتاب فضاپیماها وجود داشت.
اما همه این پروژه ها قبل از ابر اسلحه B&W محو شدند. "یک انفجار وحشتناک ، شنیده نشده ، باورنکردنی رخ داد! انتقال قدرت آن غیرممکن است - این ناشنوا ترین رعد و برق و حتی غرش فوران آتشفشانی را می پوشاند.یک توده آتش عظیم از روده های زمین برخاسته است ، گویی از دهانه آتشفشان. زمین لرزید و تقریباً هیچ یک از تماشاگران در آن لحظه موفق نشدند که پرتابه را به صورت پیروزمندانه ای در گرداب دود و آتش در حال عبور از هوا ببینند. رمان.
توپ گراهام اسمیت باید تأثیر قوی تری را ایجاد می کرد. طبق محاسبات ، هر پرتاب به حدود 100 تن هیدروژن نیاز داشت که پس از پرتابه ، به جو پرتاب شد. با دمای 17000 درجه سانتیگراد گرم شد ، هنگام تماس با اکسیژن هوا آتش گرفت و کوه را به مشعلی غول پیکر تبدیل کرد ، ستونی از آتش که چندین کیلومتر به سمت بالا کشیده شد. هنگامی که چنین مقدار هیدروژن می سوزد ، 900 تن آب تشکیل می شود که به شکل بخار از بین می رود و باران می بارد (احتمالاً در مجاورت آن می جوشد). با این حال ، نمایش به همین جا ختم نشد. به دنبال سوزاندن هیدروژن ، 25000 تن بخار بیش از حد گرم به سمت بالا پرتاب شد و یک آبفشان غول پیکر بزرگ را تشکیل داد. بخار همچنین تا حدی پراکنده ، تا حدی متراکم شده و در قالب بارندگی شدید (به طور کلی ، خشکسالی مجاور آن را تهدید نمی کند). همه اینها البته باید با پدیده هایی مانند گردباد ، رعد و برق و رعد و برق همراه بود.
ژول ورن خیلی دوست داشت. با این حال ، این طرح هنوز هم فوق العاده بود ، بنابراین ، با وجود همه جلوه های ویژه ، ناسا روش سنتی تر پرتاب فضایی را ترجیح داد - پرتاب موشک. حیف: تصور یک روش steampunk بیشتر دشوار است.
