Steam יכול לבצע עבודה רצינית לא רק במאה ה -19, אלא גם במאה ה -21.
לוויין כדור הארץ המלאכותי הראשון, ששוגר למסלול ב -4 באוקטובר 1957, על ידי ברית המועצות, שקל רק 83.6 ק"ג. הוא זה שפתח את עידן החלל לאנושות. במקביל החל מירוץ החלל בין שתי המעצמות - ברית המועצות וארצות הברית. פחות מחודש לאחר מכן, ברית המועצות שוב הפליאה את העולם על ידי שיגור לוויין שני במשקל 508 ק"ג עם הכלב לייקה על הסיפון. ארצות הברית הצליחה לענות לשיחה רק בשנה הקרובה, 1958, באמצעות שיגור הלוויין אקספלורר -1 ב -31 בינואר. יתר על כן, המסה שלו הייתה פחות פי עשרה מהלווין הסובייטי הראשון - 8, 3 ק"ג … מהנדסים אמריקאים, כמובן, יכלו לדמיין הכנסת לוויין כבד יותר למסלול, אך מעצם המחשבה כמה דלק צריך לשאת רכב השיגור., הם לא עשו זאת בעצמך. אחד המגזינים הפופולריים בארה"ב כתב: "על מנת לשגר לוויין למסלול כדור הארץ הנמוך, מסה הרקטה חייב לעבור את מספר המטען בכמה אלפי פעמים. אבל מדענים מאמינים כי התקדמות הטכנולוגיה תאפשר להם לצמצם את היחס הזה למאה ". אבל אפילו נתון זה רומז כי שיגור לוויין גדול מספיק כדי להיות שימושי ידרוש שריפת כמויות אדירות של דלק יקר.
כדי להפחית את עלות השלב הראשון, הוצעו מגוון אפשרויות: מבניית חללית רב פעמית וכלה ברעיונות פנטסטיים לחלוטין. ביניהם היה הרעיון של ארתור גרהאם, ראש הפיתוח המתקדם בבאבק & וילקוקס (B&W), שמייצר דודי אדים מאז 1867. יחד עם מהנדס אחר של B&W, צ'ארלס סמית ', ניסה גרהם להבין אם ניתן להכניס את החללית למסלול באמצעות … קיטור.
אדים ומימן
גרהם עוסק בשלב זה בפיתוח דודי טמפרטורה גבוהים במיוחד הפועלים בטמפרטורות מעל 3740C ולחצים מעל 220 אטם. (מעל נקודה קריטית זו, מים אינם עוד נוזל או גז, אלא מה שנקרא נוזל על-קריטי, המשלב את תכונותיהם של שניהם). האם ניתן להשתמש בקיטור כ"דוחף "להפחתת כמות הדלק בשלב הראשון של רכב שיגור? ההערכות הראשונות לא היו אופטימיות מדי. העובדה היא שקצב ההתפשטות של כל גז מוגבל במהירות הקול בגז זה. בטמפרטורה של 5500C מהירות התפשטות הקול באדי מים היא כ 720 m / s, ב 11000 C - 860 m / s, ב 16500 C - 1030 m / s. מהירות זו עשויה להיראות גבוהה, אך אסור לשכוח כי אפילו המהירות הקוסמית הראשונה (הנדרשת בכדי להכניס לוויין למסלול) היא 7, 9 קמ"ש. אז עדיין יהיה צורך ברכב שיגור, אם כי גדול מספיק.
עם זאת, גרהם וסמית מצאו דרך אחרת. הם לא הגבילו את עצמם רק למעבורת. במרץ 1961, בהוראות הנהלת B&W, הכינו מסמך סודי בשם "מאיץ מימן קיטור לשיגור חלליות", שהובא לידיעת נאס"א. (עם זאת, הסודיות לא נמשכה זמן רב, עד 1964, אז קיבלו גרהם וסמית פטנט אמריקאי מס '3131597 - "שיטה ומכשיר לשיגור רקטות"). במסמך תיארו המפתחים מערכת המסוגלת להאיץ חללית במשקל של עד 120 טון למהירות של כמעט 2.5 קמ"ש, בעוד שהתאוצות, על פי החישובים, לא עלו על 100 גרם. תאוצה נוספת למהירות החלל הראשונה הייתה אמורה להתבצע בעזרת מגביר טילים.
מכיוון שאדים אינם מסוגלים להאיץ את קליע החלל למהירות זו, מהנדסי B&W החליטו להשתמש בתכנית דו-שלבית. בשלב הראשון אדים דחוסים ובכך מחוממים מימן, שמהירות הקול בו גבוהה בהרבה (ב 5500C - 2150 m / s, ב 11000C - 2760 m / s, ב 16500C - יותר מ -3 ק"מ / s). מימן שאמור היה להאיץ את החללית באופן ישיר. בנוסף, עלויות החיכוך בעת שימוש במימן היו נמוכות משמעותית.
אקדח סופר
המשגר עצמו היה אמור להיות מבנה גרנדיוזי - אקדח על ענק, שווה לו אף אחד לא בנה מעולם. הקנה בקוטר של 7 מ 'היה בגובה 3 ק"מ (!) והיה צריך להיות ממוקם אנכית בתוך הר במידות מתאימות. כדי לגשת ל"עכוז "של תותח הענק, נעשו מנהרות בבסיס ההר. היה גם מפעל לייצור מימן מגז טבעי ומחולל אדים ענק.
משם, אדים דרך צינורות נכנסו לצובר - כדור פלדה בקוטר 100 מטר, הממוקם חצי קילומטר מתחת לבסיס החבית ו"הרכב "בצורה קשיחה לתוך מסת הסלע כדי לספק את חוזק הדופן הדרוש: האדים בתוך למצבר הייתה טמפרטורה של כ 5500C ולחץ של יותר מ -500 אטם.
מצבר הקיטור היה מחובר למיכל עם מימן שנמצא מעליו, גליל בקוטר של 25 מ 'ואורך של כ -400 מ' עם בסיסים מעוגלים, באמצעות מערכת צינורות ו -70 שסתומים במהירות גבוהה, כל אחד מהם כ -1 מ 'בתוך קוֹטֶר. בתורו, גליל מימן עם מערכת של 70 שסתומים מעט גדולים יותר (קוטר 1.2 מ ') היה מחובר לבסיס החבית. הכל עבד כך: אדים נשאבו מהמצבר לתוך הצילינדר, ובשל צפיפותו הגבוהה יותר, תפסה את חלקו התחתון ודחסה מימן בחלקו העליון ל -320 אטם. ומחמם אותו עד 17000C.
החללית הותקנה על פלטפורמה מיוחדת ששימשה כמשטח בעת האצה בחבית. הוא ריכז במקביל את המכשיר וצמצם את פריצת הדרך של האצת מימן (כך מסודרים קליעים תת-קליבריים מודרניים). כדי להפחית את ההתנגדות להאצה, נשאב אוויר מהחבית, והלוע נחתם בעזרת דיאפרגמה מיוחדת.
עלות בניית תותח החלל הוערכה על ידי B&W בכ -270 מיליון דולר. אבל אז התותח יכול "לירות" כל ארבעה ימים, ולהוזיל את עלות השלב הראשון של רקטת שבתאי מ -5 מיליון דולר לכ -100 אלף דולר זעירים. במקביל, עלות הכנסת 1 ק"ג מטען למסלול ירדה מ -2500 דולר ל -400 דולר.
כדי להוכיח את יעילות המערכת, המפתחים הציעו לבנות מודל בקנה מידה של 1:10 באחד המכרות הנטושים. נאס א היססה: לאחר שהשקיעה סכומי כסף עצומים בפיתוח רקטות מסורתיות, הסוכנות לא יכלה להרשות לעצמה להוציא 270 מיליון דולר על טכנולוגיה מתחרה, ואפילו עם תוצאה לא ידועה. יתר על כן, עומס יתר של 100 גרם, אם כי למשך שתי שניות, לא איפשר בבירור להשתמש ברובה העל בתוכנית חלל מאוישת.
חלומו של ז'ול ורן
גרהם וסמית 'לא היו המהנדסים הראשונים ולא האחרונים שתפסו את דמיונם של הרעיון של שיגור חלליות עם תותח. בתחילת שנות השישים, ג'רלד בול הקנדי פיתח את פרויקט המחקר לגובה רב (HARP), וירה בדיקות אטמוספריות בגובה רב לגובה של כמעט 100 ק"מ. במעבדה הלאומית בליברמור. לורנס בקליפורניה עד 1995, במסגרת פרויקט SHARP (פרויקט סופר-גובה-מחקר) בהנהגתו של ג'ון האנטר, פותח אקדח דו-שלבי, בו דוחס מימן על ידי שריפת מתאן, וקליע של חמישה ק"ג מואץ עד 3 קמ"ש. היו גם פרויקטים רבים של אקדחי מסילה - מאיצים אלקטרומגנטיים לשיגור חלליות.
אבל כל הפרויקטים האלה דעכו לפני האקדח העל של B&W. "היה פיצוץ נורא, בלתי נשכח, מדהים! אי אפשר להעביר את כוחו - הוא יכסה את הרעם הכי מחריש אוזניים ואפילו שאגת התפרצות געשי.מבטן האדמה עלה אלומת אש ענקית, כאילו מהמכתש של הר געש. האדמה רעדה, וכמעט אף אחד מהצופים לא הצליח באותו רגע לראות את הטיל חוצה באוויר במערבולת של עשן ואש "… - כך תיאר ז'ול ורן את זריקת הענק של קולומביה במפורסם שלו רוֹמָן.
תותח גרהם-סמית היה צריך לעשות רושם חזק עוד יותר. על פי החישובים, כל שיגור דרש כ -100 טון מימן, אשר בעקבות הטיל נזרק לאטמוספירה. מחומם לטמפרטורה של 17000C, הוא נדלק כאשר בא במגע עם חמצן אטמוספרי, והפך את ההר ללפיד ענק, עמוד אש הנמתח כמה קילומטרים כלפי מעלה. כאשר כמות כזו של מימן נשרפת, נוצרים 900 טון מים, אשר יתפוגגו בצורה של אדים ויורדים גשמים (אולי רותחים בסביבה הקרובה). אולם ההצגה לא הסתיימה בכך. בעקבות המימן הבוער נזרקו כלפי מעלה 25,000 טון אדים מחוממים במיוחד ויצרו גייזר ענק. קיטור גם התפזר חלקית, התעבות חלקית ונפל בצורה של גשמים כבדים (באופן כללי, בצורת לא איימה על הסביבה הקרובה). כל זה, כמובן, היה צריך להיות מלווה בתופעות כמו סופות טורנדו, סופות רעמים וברקים.
ז'ול ורן היה אוהב את זה. עם זאת, התוכנית עדיין הייתה פנטסטית מדי, ולכן, למרות כל האפקטים המיוחדים, נאס א העדיפה את הדרך המסורתית יותר לשיגור חלל - שיגור רקטות. חבל: שיטת Steampunk יותר קשה לדמיין.
