Steam bisa melakukan pekerjaan serius tidak hanya di abad ke-19, tetapi juga di abad ke-21.
Satelit Bumi buatan pertama, diluncurkan ke orbit pada 4 Oktober 1957, oleh Uni Soviet, beratnya hanya 83,6 kg. Dialah yang membuka era ruang angkasa bagi umat manusia. Pada saat yang sama, perlombaan ruang angkasa dimulai antara dua kekuatan - Uni Soviet dan Amerika Serikat. Kurang dari sebulan kemudian, Uni Soviet kembali mengejutkan dunia dengan meluncurkan satelit kedua seberat 508 kg dengan anjing Laika di dalamnya. Amerika Serikat baru dapat menjawab panggilan itu pada tahun berikutnya, 1958, dengan meluncurkan satelit Explorer-1 pada 31 Januari. Selain itu, massanya sepuluh kali lebih kecil dari satelit Soviet pertama - 8, 3 kg … Insinyur Amerika, tentu saja, dapat membayangkan menempatkan satelit yang lebih berat ke orbit, tetapi dengan memikirkan berapa banyak bahan bakar yang harus dibawa kendaraan peluncuran, mereka tidak sendiri. Salah satu majalah populer Amerika menulis,”Untuk meluncurkan satelit ke orbit rendah bumi, massa roket harus melebihi massa muatannya beberapa ribu kali lipat. Tetapi para ilmuwan percaya bahwa kemajuan teknologi akan memungkinkan mereka untuk mengurangi rasio ini menjadi seratus. Tetapi bahkan angka itu menyiratkan bahwa meluncurkan satelit yang cukup besar untuk berguna akan membutuhkan pembakaran bahan bakar yang mahal dalam jumlah besar.
Untuk mengurangi biaya tahap pertama, berbagai opsi telah diusulkan: dari membangun pesawat ruang angkasa yang dapat digunakan kembali hingga ide-ide yang benar-benar fantastis. Diantaranya adalah ide dari Arthur Graham, kepala pengembangan lanjutan di Babcock & Wilcox (B&W), yang telah membuat ketel uap sejak tahun 1867. Bersama dengan insinyur B&W lainnya, Charles Smith, Graham mencoba mencari tahu apakah pesawat ruang angkasa itu dapat dimasukkan ke orbit menggunakan … uap.
Uap dan hidrogen
Graham saat ini terlibat dalam pengembangan boiler suhu tinggi superkritis yang beroperasi pada suhu di atas 3740C dan tekanan di atas 220 atm. (di atas titik kritis ini, air tidak lagi berupa cairan atau gas, tetapi disebut cairan superkritis, yang menggabungkan sifat-sifat keduanya). Bisakah uap digunakan sebagai "pendorong" untuk mengurangi jumlah bahan bakar pada tahap pertama kendaraan peluncuran? Perkiraan pertama tidak terlalu optimis. Faktanya adalah bahwa laju ekspansi gas apa pun dibatasi oleh kecepatan suara dalam gas ini. Pada suhu 5500C, kecepatan rambat suara dalam uap air adalah sekitar 720 m / s, pada 11000C - 860 m / s, pada 16500C - 1030 m / s. Kecepatan ini mungkin tampak tinggi, tetapi orang tidak boleh lupa bahwa bahkan kecepatan kosmik pertama (diperlukan untuk menempatkan satelit ke orbit) adalah 7, 9 km / s. Jadi kendaraan peluncuran, meskipun cukup besar, akan tetap dibutuhkan.
Namun, Graham dan Smith menemukan cara lain. Mereka tidak membatasi diri hanya pada feri. Pada bulan Maret 1961, atas instruksi manajemen B&W, mereka menyiapkan dokumen rahasia berjudul "Steam Hydrogen Booster for Spacecraft Launch", yang menjadi perhatian NASA. (Namun, kerahasiaan itu tidak bertahan lama, sampai 1964, ketika Graham dan Smith diberikan paten AS No. 3131597 - "Metode dan peralatan untuk meluncurkan roket"). Dalam dokumen tersebut, para pengembang menggambarkan sistem yang mampu mempercepat pesawat ruang angkasa dengan berat hingga 120 ton hingga kecepatan hampir 2,5 km / s, sedangkan akselerasi, menurut perhitungan, tidak melebihi 100g. Akselerasi lebih lanjut ke kecepatan luar angkasa pertama harus dilakukan dengan bantuan pendorong roket.
Karena uap tidak mampu mempercepat proyektil luar angkasa hingga kecepatan ini, para insinyur B&W memutuskan untuk menggunakan skema dua tahap. Pada tahap pertama, uap dikompresi dan dengan demikian hidrogen dipanaskan, kecepatan suara di mana jauh lebih tinggi (pada 5500C - 2150 m / s, pada 11000C - 2760 m / s, pada 16500C - lebih dari 3 km / s). Itu adalah hidrogen yang seharusnya secara langsung mempercepat pesawat ruang angkasa. Selain itu, biaya gesekan saat menggunakan hidrogen secara signifikan lebih rendah.
Senjata super
Peluncur itu sendiri seharusnya menjadi struktur yang megah - supergun raksasa, yang tidak pernah dibuat oleh siapa pun. Laras dengan diameter 7 m tingginya 3 km (!) dan harus ditempatkan secara vertikal di dalam gunung dengan dimensi yang sesuai. Untuk mengakses "sungsang" meriam raksasa, terowongan dibuat di kaki gunung. Ada juga pabrik untuk memproduksi hidrogen dari gas alam dan pembangkit uap raksasa.
Dari sana, uap melalui pipa memasuki akumulator - bola baja berdiameter 100 meter, terletak setengah kilometer di bawah dasar laras dan "dipasang" dengan kaku ke dalam massa batuan untuk memberikan kekuatan dinding yang diperlukan: uap di akumulator memiliki suhu sekitar 5500C dan tekanan lebih dari 500 atm.
Akumulator uap dihubungkan ke wadah dengan hidrogen yang terletak di atasnya, silinder dengan diameter 25 m dan panjang sekitar 400 m dengan alas bulat, menggunakan sistem pipa dan 70 katup berkecepatan tinggi, masing-masing sekitar 1 m di diameter. Pada gilirannya, sebuah silinder hidrogen dengan sistem 70 katup yang sedikit lebih besar (berdiameter 1,2 m) dihubungkan ke dasar laras. Semuanya bekerja seperti ini: uap dipompa dari akumulator ke dalam silinder dan, karena kepadatannya yang lebih tinggi, menempati bagian bawahnya, mengompresi hidrogen di bagian atas hingga 320 atm. dan menghangatkannya hingga 17000C.
Pesawat ruang angkasa dipasang pada platform khusus yang berfungsi sebagai palet selama akselerasi di dalam laras. Ini secara bersamaan memusatkan peralatan dan mengurangi terobosan percepatan hidrogen (ini adalah bagaimana proyektil sub-kaliber modern diatur). Untuk mengurangi resistensi terhadap akselerasi, udara dipompa keluar dari laras, dan moncongnya disegel dengan diafragma khusus.
Biaya membangun meriam luar angkasa diperkirakan oleh B&W sekitar $ 270 juta. Tetapi kemudian meriam itu dapat "menembak" setiap empat hari, mengurangi biaya tahap pertama roket Saturnus dari $ 5 juta menjadi $ 100 ribu yang sangat sedikit.. Pada saat yang sama, biaya menempatkan 1 kg muatan ke orbit turun dari $ 2500 menjadi $ 400.
Untuk membuktikan efisiensi sistem, pengembang mengusulkan untuk membangun model skala 1:10 di salah satu tambang yang ditinggalkan. NASA ragu-ragu: setelah menginvestasikan sejumlah besar uang dalam pengembangan roket tradisional, agensi tidak mampu menghabiskan $ 270 juta untuk teknologi yang bersaing, dan bahkan dengan hasil yang tidak diketahui. Selain itu, kelebihan beban 100g, meskipun selama dua detik, jelas tidak memungkinkan untuk menggunakan supergun dalam program luar angkasa berawak.
Impian Jules Verne
Graham dan Smith bukanlah insinyur pertama atau terakhir yang menangkap imajinasi konsep peluncuran pesawat ruang angkasa dengan meriam. Pada awal 1960-an, Canadian Gerald Bull sedang mengembangkan Proyek Penelitian Ketinggian Tinggi (HARP), menembakkan probe atmosfer ketinggian tinggi ke ketinggian hampir 100 km. Di Laboratorium Nasional Livermore. Lawrence di California hingga 1995, sebagai bagian dari proyek SHARP (Super High Altitude Research Project) di bawah kepemimpinan John Hunter, senjata dua tahap dikembangkan, di mana hidrogen dikompresi dengan membakar metana, dan proyektil lima kilogram dipercepat. sampai 3 km/s. Ada juga banyak proyek railgun - akselerator elektromagnetik untuk meluncurkan pesawat ruang angkasa.
Tapi semua proyek ini memudar sebelum supergun B&W. “Ada ledakan yang mengerikan, tidak pernah terdengar, dan luar biasa! Mustahil untuk menyampaikan kekuatannya - itu akan menutupi guntur yang paling memekakkan telinga dan bahkan deru letusan gunung berapi. Dari perut bumi muncul seberkas api raksasa, seolah-olah dari kawah gunung berapi. Bumi berguncang, dan pada saat itu hampir tidak ada penonton yang berhasil melihat proyektil dengan penuh kemenangan memotong udara dalam angin puyuh asap dan api "… - beginilah Jules Verne menggambarkan tembakan raksasa Columbiade dalam karyanya yang terkenal novel.
Meriam Graham-Smith seharusnya membuat kesan yang lebih kuat. Menurut perhitungan, setiap peluncuran membutuhkan sekitar 100 ton hidrogen, yang, setelah proyektil, dilemparkan ke atmosfer. Dipanaskan hingga suhu 17000C, itu menyala ketika bersentuhan dengan oksigen atmosfer, mengubah gunung menjadi obor raksasa, pilar api yang membentang beberapa kilometer ke atas. Ketika sejumlah hidrogen terbakar, 900 ton air terbentuk, yang akan hilang dalam bentuk uap dan hujan turun (mungkin mendidih di sekitarnya). Namun, pertunjukan tidak berakhir di situ. Setelah hidrogen yang terbakar, 25.000 ton uap super panas terlempar ke atas, membentuk geyser raksasa. Uap juga sebagian tersebar, sebagian mengembun dan jatuh dalam bentuk hujan deras (secara umum, kekeringan tidak mengancam sekitarnya). Semua ini, tentu saja, harus disertai dengan fenomena seperti angin puting beliung, badai petir, dan kilat.
Jules Verne akan menyukainya. Namun, rencananya masih terlalu fantastis, oleh karena itu, terlepas dari semua efek khusus, NASA lebih suka cara peluncuran ruang angkasa yang lebih tradisional - peluncuran roket. Sayang sekali: metode steampunk yang lebih sulit untuk dibayangkan.
