Steam สามารถทำงานอย่างจริงจังไม่เพียง แต่ในศตวรรษที่ 19 แต่ยังรวมถึงในศตวรรษที่ 21 ด้วย
ดาวเทียมโลกเทียมดวงแรกที่เปิดตัวสู่วงโคจรเมื่อวันที่ 4 ตุลาคม 2500 โดยสหภาพโซเวียตมีน้ำหนักเพียง 83.6 กิโลกรัม เขาเป็นคนที่เปิดยุคอวกาศสำหรับมนุษยชาติ ในเวลาเดียวกัน การแข่งขันในอวกาศเริ่มต้นขึ้นระหว่างสองมหาอำนาจ - สหภาพโซเวียตและสหรัฐอเมริกา ไม่ถึงหนึ่งเดือนต่อมา สหภาพโซเวียตสร้างความประหลาดใจให้กับโลกอีกครั้งด้วยการปล่อยดาวเทียมดวงที่สองที่มีน้ำหนัก 508 กก. โดยมีสุนัขไลก้าอยู่บนเรือ สหรัฐอเมริกาสามารถรับสายนี้ได้เฉพาะในปีหน้า ค.ศ. 1958 โดยเปิดตัวดาวเทียม Explorer-1 เมื่อวันที่ 31 มกราคม ยิ่งกว่านั้นมวลของมันนั้นน้อยกว่าดาวเทียมโซเวียตดวงแรกถึงสิบเท่า - 8, 3 กก. … วิศวกรชาวอเมริกันสามารถจินตนาการได้ว่าจะนำดาวเทียมที่หนักกว่าขึ้นสู่วงโคจร แต่เมื่อนึกถึงว่ายานยิงจรวดควรบรรทุกเชื้อเพลิงเท่าใด, พวกเขาไม่ได้ด้วยตัวเอง. นิตยสารชื่อดังของอเมริกาฉบับหนึ่งเขียนว่า “ในการส่งดาวเทียมขึ้นสู่วงโคจรระดับพื้นโลก มวลของจรวดจะต้องมากกว่ามวลของน้ำหนักบรรทุกหลายพันเท่า แต่นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีจะช่วยให้พวกเขาลดอัตราส่วนนี้ลงเหลือหนึ่งร้อยได้ แต่ถึงกระนั้นตัวเลขดังกล่าวก็บ่งบอกว่าการปล่อยดาวเทียมที่มีขนาดใหญ่พอที่จะมีประโยชน์จะต้องเผาผลาญเชื้อเพลิงราคาแพงจำนวนมาก
เพื่อลดต้นทุนในระยะแรก จึงมีการนำเสนอทางเลือกที่หลากหลาย ตั้งแต่การสร้างยานอวกาศที่นำกลับมาใช้ใหม่ได้ไปจนถึงแนวคิดที่น่าอัศจรรย์ หนึ่งในนั้นคือแนวคิดของ Arthur Graham หัวหน้าฝ่ายพัฒนาขั้นสูงของ Babcock & Wilcox (B&W) ซึ่งผลิตหม้อไอน้ำมาตั้งแต่ปี 1867 ร่วมกับวิศวกร B&W อีกคนหนึ่งคือ Charles Smith เกรแฮมพยายามคิดออกว่ายานอวกาศสามารถเข้าสู่วงโคจรโดยใช้ … ไอน้ำได้หรือไม่
ไอน้ำและไฮโดรเจน
ในเวลานี้ Graham มีส่วนร่วมในการพัฒนาหม้อไอน้ำอุณหภูมิสูงวิกฤตยิ่งยวดซึ่งทำงานที่อุณหภูมิสูงกว่า 3740C และแรงดันที่สูงกว่า 220 atm (เหนือจุดวิกฤตนี้ น้ำไม่ใช่ของเหลวหรือก๊าซอีกต่อไป แต่เป็นของเหลวที่เรียกว่าวิกฤตยิ่งยวด ซึ่งรวมคุณสมบัติของทั้งสองอย่างเข้าด้วยกัน) ไอน้ำสามารถใช้เป็น "ตัวดัน" เพื่อลดปริมาณเชื้อเพลิงในระยะแรกของยานปล่อยได้หรือไม่? การประมาณการครั้งแรกไม่ได้มองในแง่ดีเกินไป ความจริงก็คืออัตราการขยายตัวของก๊าซใด ๆ นั้นถูก จำกัด ด้วยความเร็วของเสียงในก๊าซนี้ ที่อุณหภูมิ 5500C ความเร็วของการแพร่กระจายเสียงในไอน้ำอยู่ที่ประมาณ 720 m / s ที่ 11000C - 860 m / s ที่ 16500C - 1030 m / s ความเร็วเหล่านี้อาจดูสูง แต่อย่าลืมว่าแม้แต่ความเร็วจักรวาลแรก ดังนั้น ยานยิงจรวด แม้จะใหญ่พอแต่ก็ยังมีความจำเป็น
อย่างไรก็ตาม เกรแฮมและสมิธพบวิธีอื่น พวกเขาไม่ได้จำกัดตัวเองอยู่แค่เรือข้ามฟาก ในเดือนมีนาคม พ.ศ. 2504 ตามคำแนะนำของฝ่ายบริหาร B&W พวกเขาเตรียมเอกสารลับชื่อ "Steam Hydrogen Booster for Spacecraft Launch" ซึ่ง NASA ได้รับความสนใจ (อย่างไรก็ตาม ความลับอยู่ได้ไม่นาน จนกระทั่งปี 1964 เมื่อเกรแฮมและสมิธได้รับสิทธิบัตรสหรัฐอเมริกาหมายเลข 3131597 - "วิธีการและอุปกรณ์สำหรับการยิงจรวด") ในเอกสารดังกล่าว ผู้พัฒนาได้อธิบายถึงระบบที่สามารถเร่งความเร็วยานอวกาศที่มีน้ำหนักมากถึง 120 ตันเป็นความเร็วเกือบ 2.5 กม. / วินาที ในขณะที่ความเร่งตามการคำนวณนั้นไม่เกิน 100 กรัม การเร่งความเร็วเพิ่มเติมไปยังความเร็วของอวกาศครั้งแรกจะต้องดำเนินการโดยใช้เครื่องเร่งความเร็วจรวด
เนื่องจากไอน้ำไม่สามารถเร่งความเร็วของโพรเจกไทล์อวกาศด้วยความเร็วนี้ได้ วิศวกรของ B&W จึงตัดสินใจใช้โครงร่างแบบสองขั้นตอน ในระยะแรก ไอน้ำถูกบีบอัดและทำให้ร้อนไฮโดรเจน ซึ่งความเร็วของเสียงจะสูงกว่ามาก (ที่ 5500C - 2150 m / s ที่ 11000C - 2760 m / s ที่ 16500C - มากกว่า 3 km / s) มันคือไฮโดรเจนที่ควรเร่งยานอวกาศโดยตรง นอกจากนี้ ค่าใช้จ่ายในการเสียดสีเมื่อใช้ไฮโดรเจนยังลดลงอย่างมากอีกด้วย
ซุปเปอร์กัน
ตัวปล่อยควรจะเป็นโครงสร้างที่โอ่อ่า - ซูเปอร์กันขนาดยักษ์ เท่ากับที่ไม่มีใครเคยสร้างมา ลำกล้องปืนที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 7 ม. สูง 3 กม. (!) และต้องตั้งอยู่ในแนวตั้งภายในภูเขาที่มีขนาดเหมาะสม เพื่อเข้าถึง "ก้น" ของปืนใหญ่ยักษ์ อุโมงค์ถูกสร้างขึ้นที่ฐานของภูเขา นอกจากนี้ยังมีโรงงานผลิตไฮโดรเจนจากก๊าซธรรมชาติและเครื่องกำเนิดไอน้ำขนาดยักษ์อีกด้วย
จากนั้นไอน้ำผ่านท่อเข้าสู่เครื่องสะสม - เหล็กทรงกลมเส้นผ่านศูนย์กลาง 100 เมตรซึ่งอยู่ใต้ฐานของถังครึ่งกิโลเมตรและ "ติดตั้ง" อย่างแน่นหนาในมวลหินเพื่อให้มีความแข็งแรงของผนังที่จำเป็น: ไอใน ตัวสะสมมีอุณหภูมิประมาณ 5500C และความดันมากกว่า 500 atm
เครื่องสะสมไอน้ำเชื่อมต่อกับภาชนะที่มีไฮโดรเจนอยู่ด้านบน กระบอกสูบที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 25 ม. และยาวประมาณ 400 ม. มีฐานกลม โดยใช้ระบบท่อและวาล์วความเร็วสูง 70 วาล์ว แต่ละอันประมาณ 1 ม. เส้นผ่านศูนย์กลาง ในทางกลับกัน ถังไฮโดรเจนที่มีระบบ 70 วาล์วขนาดใหญ่กว่าเล็กน้อย (เส้นผ่านศูนย์กลาง 1.2 ม.) เชื่อมต่อกับฐานของถัง ทุกอย่างทำงานดังนี้: ไอน้ำถูกสูบจากตัวสะสมเข้าไปในกระบอกสูบและเนื่องจากความหนาแน่นที่สูงขึ้นจึงครอบครองส่วนล่างของมันโดยบีบอัดไฮโดรเจนในส่วนบนเป็น 320 atm และอุ่นได้ถึง 17000C
ยานอวกาศได้รับการติดตั้งบนแพลตฟอร์มพิเศษที่ทำหน้าที่เป็นพาเลทในระหว่างการเร่งความเร็วในถัง พร้อมกันทำให้อุปกรณ์อยู่ตรงกลางและลดความก้าวหน้าของการเร่งไฮโดรเจน (นี่คือวิธีการจัดเรียงขีปนาวุธย่อยที่ทันสมัย) เพื่อลดความต้านทานต่อการเร่งความเร็ว อากาศถูกสูบออกจากกระบอกสูบ และปิดปากกระบอกปืนด้วยไดอะแฟรมพิเศษ
ค่าใช้จ่ายในการสร้างปืนใหญ่อวกาศประเมินโดย B&W ที่ประมาณ 270 ล้านดอลลาร์ แต่จากนั้นปืนใหญ่ก็สามารถ "ยิง" ได้ทุกๆสี่วันซึ่งจะช่วยลดต้นทุนของจรวดระยะแรกของดาวเสาร์จาก 5 ล้านดอลลาร์เป็น 100,000 ดอลลาร์ที่เลวทรามต่ำช้า. ในเวลาเดียวกัน ค่าใช้จ่ายในการวางน้ำหนักบรรทุก 1 กิโลกรัมสู่วงโคจรลดลงจาก 2,500 ดอลลาร์เป็น 400 ดอลลาร์
เพื่อพิสูจน์ประสิทธิภาพของระบบ ผู้พัฒนาเสนอให้สร้างแบบจำลองขนาด 1:10 ในเหมืองร้างแห่งหนึ่ง NASA ลังเลใจ: การลงทุนด้วยเงินจำนวนมหาศาลในการพัฒนาจรวดแบบดั้งเดิม หน่วยงานไม่สามารถจ่ายเงิน 270 ล้านดอลลาร์ไปกับเทคโนโลยีที่แข่งขันกัน และถึงแม้จะไม่ทราบผลลัพธ์ก็ตาม ยิ่งไปกว่านั้น การบรรทุกน้ำหนักเกิน 100 ก. แม้จะเป็นเวลาสองวินาที เห็นได้ชัดว่าเป็นไปไม่ได้ที่จะใช้ซูเปอร์กันในโปรแกรมอวกาศที่มีคนควบคุม
ความฝันของจูลส์ เวิร์น
Graham และ Smith ไม่ใช่วิศวกรคนแรกหรือคนสุดท้ายที่จับภาพจินตนาการของแนวคิดในการเปิดตัวยานอวกาศด้วยปืนใหญ่ ในช่วงต้นทศวรรษ 1960 แคนาดาเจอรัลด์บูลกำลังพัฒนาโครงการวิจัยระดับความสูง (HARP) ซึ่งทำการยิงยานสำรวจบรรยากาศบนระดับความสูงเกือบ 100 กม. ที่ห้องปฏิบัติการแห่งชาติลิเวอร์มอร์ Lawrence ในแคลิฟอร์เนียจนถึงปี 1995 ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของโครงการ SHARP (Super High Altitude Research Project) ภายใต้การนำของ John Hunter ได้มีการพัฒนาปืนสองขั้นตอน ซึ่งไฮโดรเจนถูกอัดด้วยก๊าซมีเทนที่เผาไหม้ และกระสุนห้ากิโลกรัมเร่งขึ้น ถึง 3 กม. / วินาที นอกจากนี้ยังมีโครงการ railguns หลายโครงการ - เครื่องเร่งแม่เหล็กไฟฟ้าสำหรับเปิดตัวยานอวกาศ
แต่โครงการทั้งหมดเหล่านี้จางหายไปก่อนซุปเปอร์กัน B&W “มีการระเบิดที่น่าสยดสยอง ไม่เคยได้ยินมาก่อน และน่าเหลือเชื่อ! มันเป็นไปไม่ได้ที่จะถ่ายทอดพลังของมัน - มันจะปิดบังฟ้าร้องที่อึกทึกที่สุดและแม้แต่เสียงคำรามของภูเขาไฟระเบิดจากก้นบึ้งของแผ่นดินมีกองไฟขนาดมหึมาพุ่งขึ้นราวกับมาจากปล่องภูเขาไฟ แผ่นดินสั่นสะเทือนและแทบจะไม่มีผู้ชมเลยในขณะนั้นเพื่อดูกระสุนปืนตัดผ่านอากาศอย่างมีชัยในลมกรดของควันและไฟ "… - นี่คือวิธีที่ Jules Verne บรรยายภาพของ Columbiade ยักษ์ในชื่อเสียงของเขา นิยาย.
ปืนใหญ่ Graham-Smith น่าจะสร้างความประทับใจได้มากกว่านี้ จากการคำนวณ การยิงแต่ละครั้งต้องใช้ไฮโดรเจนประมาณ 100 ตัน ซึ่งหลังจากปล่อยกระสุนออกไปในชั้นบรรยากาศ เมื่อถูกทำให้ร้อนที่อุณหภูมิ 17000C มันจุดไฟเมื่อสัมผัสกับออกซิเจนในบรรยากาศ ทำให้ภูเขากลายเป็นคบเพลิงขนาดยักษ์ เสาไฟที่ทอดยาวขึ้นไปหลายกิโลเมตร เมื่อไฮโดรเจนเผาไหม้จำนวนดังกล่าว จะมีน้ำ 900 ตัน ซึ่งจะสลายไปในรูปของไอน้ำและฝนตกลงมา (อาจเดือดในบริเวณใกล้เคียง) อย่างไรก็ตาม การแสดงยังไม่จบเพียงแค่นั้น หลังจากการเผาไฮโดรเจน ไอน้ำร้อนยวดยิ่ง 25,000 ตันถูกโยนขึ้นไปด้านบน ก่อตัวเป็นน้ำพุร้อนขนาดยักษ์ ไอน้ำกระจายตัวบางส่วน ควบแน่นบางส่วน และหลุดออกมาในรูปของฝนตกหนัก (โดยทั่วไป ความแห้งแล้งไม่ได้คุกคามบริเวณใกล้เคียง) แน่นอนว่าทั้งหมดนี้ต้องมาพร้อมกับปรากฏการณ์ต่างๆ เช่น พายุทอร์นาโด พายุฝนฟ้าคะนอง และฟ้าผ่า
Jules Verne คงจะชอบมันมาก อย่างไรก็ตาม แผนดังกล่าวยังคงยอดเยี่ยมเกินไป ดังนั้น แม้จะมีเอฟเฟกต์พิเศษทั้งหมด แต่ NASA ก็ชอบวิธีการปล่อยจรวดแบบเดิมๆ มากกว่า นั่นคือการปล่อยจรวด แย่เหลือเกิน: วิธีการแบบ steampunk ที่มากกว่านั้นยากต่อการจินตนาการ