En el espacio en vapor vapor
El primer satélite artificial de la Tierra, puesto en órbita 4 en octubre 1957 de la URSS, pesaba solo 83,6 kg. Fue él quien abrió la era espacial para la humanidad. Al mismo tiempo, comenzó la carrera espacial entre las dos potencias, la Unión Soviética y los Estados Unidos. Menos de un mes después, la URSS golpeó de nuevo al mundo al lanzar un segundo satélite que pesaba 508 kg con el perro Laika a bordo. Los Estados Unidos solo pudieron responder la llamada el año siguiente, 1958, al lanzar el satélite Explorer-31 en enero 1. Además, su masa era diez veces más pequeña que la del primer satélite soviético: 8,3 kg ... Por supuesto, los ingenieros estadounidenses podrían imaginar la extracción de un satélite más pesado en órbita, pero solo por pensar en la cantidad de combustible que debería transportar el cohete portador, . Una de las revistas estadounidenses más populares escribió: “Para llevar un satélite a una órbita cercana a la Tierra, la masa del cohete debe superar la masa de la carga útil varios miles de veces. Pero los científicos creen que el desarrollo de la tecnología les permitirá reducir esta proporción a cien ". Pero incluso esa cifra implicaba que lanzar un satélite lo suficientemente grande como para ser útil requeriría quemar una gran cantidad de combustible costoso.
Para reducir el costo de la primera etapa, se propusieron una variedad de opciones: desde construir una nave espacial reutilizable hasta ideas completamente fantásticas. Entre ellos se encontraba la idea de Arthur Graham, jefe de desarrollo avanzado de Babcock & Wilcox (B&W), que fabrica calderas de vapor desde 1867. Junto con otro ingeniero de B&W, Charles Smith, Graham trató de averiguar si la nave espacial podría ponerse en órbita usando ... vapor.
Vapor e hidrógeno
Graham en ese momento estaba involucrado en el desarrollo de calderas supercríticas de alta temperatura que funcionaban a temperaturas superiores a 3740С y presiones superiores a 220 atm. (Por encima de este punto crítico, el agua ya no es un líquido o un gas, sino un llamado fluido supercrítico, que combina las propiedades de ambos). ¿Se puede usar el vapor como un "empujador" para reducir la cantidad de combustible en la primera etapa de un vehículo de lanzamiento? Las primeras estimaciones no fueron demasiado optimistas. El hecho es que la velocidad de expansión de cualquier gas está limitada por la velocidad del sonido en este gas. A una temperatura de 5500С, la velocidad de propagación del sonido en el vapor de agua es aproximadamente 720 m / s, para 11000С - 860 m / s, y para 16500С - 1030 m / s. Estas velocidades pueden parecer altas, pero no se debe olvidar que incluso la primera velocidad cósmica (necesaria para lanzar un satélite a la órbita) es 7,9 km / s. Así que un cohete portador, además, lo suficientemente grande, todavía será necesario.
Sin embargo, Graham y Smith encontraron otro camino. No se limitaron solo al ferry. En marzo de 1961, siguiendo las instrucciones de la dirección de B&W, prepararon un documento secreto titulado "Impulsor de hidrógeno a vapor para el lanzamiento de naves espaciales", que se señaló a la atención de la NASA. (Sin embargo, el secreto no duró mucho, hasta 1964, cuando a Graham y Smith se les concedió la patente estadounidense nº 3131597 - "Método y aparato para lanzar cohetes"). En el documento, los desarrolladores describieron un sistema capaz de acelerar una nave espacial que pesa hasta 120 toneladas a una velocidad de casi 2,5 km / s, mientras que las aceleraciones, según los cálculos, no superan los 100 g. La aceleración adicional a la primera velocidad espacial se llevaría a cabo utilizando propulsores de cohetes.
Dado que el vapor no es capaz de acelerar un proyectil espacial a esta velocidad, los ingenieros de B&W decidieron utilizar un esquema de dos etapas. En la primera etapa, el vapor comprimió y, por lo tanto, calentó el hidrógeno, cuya velocidad del sonido es mucho mayor (a 5500C - 2150 m / s, a 11000C - 2760 m / s, a 16500C - más de 3 km / s). Se suponía que era el hidrógeno el que aceleraba directamente la nave espacial. Además, los costos de fricción al usar hidrógeno fueron significativamente menores.
Super pistola
Se suponía que el vehículo de lanzamiento en sí era una estructura grandiosa, un supergun gigante, igual al que nadie había construido nunca. El diámetro del tronco 7 m tenía 3 km (!) De altura y tenía que ubicarse verticalmente dentro de una montaña del tamaño adecuado. Para acceder a la "recámara" del cañón gigante, se hicieron túneles en la base de la montaña. También había una planta para producir hidrógeno a partir de gas natural y un generador de vapor gigante.
Desde allí, el vapor a través de las tuberías entró en el acumulador, una esfera de acero de 100-metro de diámetro, ubicada a medio kilómetro debajo de la base del tronco y rígidamente "incrustada" en la masa rocosa para proporcionar la resistencia necesaria de las paredes: el vapor en el acumulador tenía una temperatura de aproximadamente 5500С y una presión superior a 500 CV.
El acumulador de vapor se conectó a un tanque de hidrógeno ubicado sobre él, un cilindro con un diámetro de 25 my una longitud de aproximadamente 400 m con bases redondeadas, utilizando un sistema de tuberías y válvulas de alta velocidad 70, cada una de aproximadamente un diámetro de 1 m. A su vez, el cilindro de hidrógeno con un sistema de válvulas 70 ligeramente más grandes (1,2 m de diámetro) se conectó a la base del barril. Funcionó de esta manera: se bombeó vapor desde la batería al cilindro y, debido a su mayor densidad, ocupó su parte inferior, comprimiendo el hidrógeno de la parte superior a 320 atm. y calentándolo hasta 17000C.
La nave espacial se instaló en una plataforma especial que servía de bandeja durante la aceleración en el cañón. Al mismo tiempo, centró el aparato y redujo el avance del hidrógeno acelerado (así es como se organizan las conchas modernas de sub-calibre). Para reducir la resistencia a la aceleración, se bombeó aire desde el cañón y se selló la boca con un diafragma especial.
B&W estimó el costo de construir el cañón espacial en alrededor de $ 270 millones. Pero luego el cañón podría "disparar" cada cuatro días, reduciendo el costo de la primera etapa del cohete Saturno de $ 5 millones a unos miserables $ 100 mil. Al mismo tiempo, el costo de colocar 1 kg de carga útil en órbita se redujo de $ 2500 a $ 400.
Para probar la eficiencia del sistema, los desarrolladores propusieron construir un modelo a escala en la escala de 1: 10 en una de las minas abandonadas. La NASA dudó: habiendo invertido enormes cantidades de dinero en el desarrollo de misiles tradicionales, la agencia no podía gastar $ 270 millones en una tecnología de la competencia, y con un resultado desconocido. Además, la sobrecarga en 100g, aunque durante dos segundos, claramente hizo imposible usar un supergun en un programa de espacio tripulado.
El sueño de jules vernal
Graham y Smith no fueron los primeros ni los últimos ingenieros, cuya imaginación captó el concepto de lanzar una nave espacial con una pistola. Al comienzo del 1960, el canadiense Gerald Bull lideró el desarrollo del proyecto HARP (Proyecto de Investigación de Alta Altitud), disparando sondas atmosféricas de gran altitud a una altitud de casi 100 km. En el Laboratorio Nacional de Livermore. Lawrence en California antes del año 1995 en el marco del proyecto SHARP (Proyecto de Investigación de Súper Altas Altitudes) bajo el liderazgo de John Hunter desarrolló un arma de dos etapas, en la que se realizó la compresión de hidrógeno utilizando la combustión del metano, y un proyectil de cinco kilogramos se aceleró a 3 km / s. También hubo muchos proyectos de armas ferroviarias: aceleradores electromagnéticos para el lanzamiento de naves espaciales.
Pero todos estos proyectos se desvanecieron antes de la súper pistola B&W. “¡Hubo una explosión terrible, inaudita e increíble! Es imposible transmitir su poder: cubriría el trueno más ensordecedor e incluso el rugido de una erupción volcánica. De las entrañas de la tierra se elevó un gigantesco haz de fuego, como del cráter de un volcán. La tierra tembló, y casi ninguno de los espectadores en ese momento logró ver el proyectil cortando victoriosamente el aire en un torbellino de humo y fuego "... así describió Jules Verne el tiro del gigante Columbiade en su famosa novela.
Se suponía que la pistola Graeme-Smith causaría una impresión aún más fuerte. De acuerdo con los cálculos, cada lanzamiento requirió aproximadamente 100 toneladas de hidrógeno que, luego del proyectil, se emitió a la atmósfera. Al rojo vivo a 17000C, en contacto con el oxígeno del aire, se encendió, convirtiendo la montaña en una antorcha gigante, una columna de fuego que se extiende varios kilómetros hacia arriba. Cuando se quema tal cantidad de hidrógeno, se forma 900 t de agua, que se disipa en forma de vapor y cae de la lluvia (en las inmediaciones, posiblemente hirviendo). Sin embargo, este espectáculo no terminó allí. Después de la combustión del hidrógeno, 25 000 y el vapor sobrecalentado, formando un géiser gigante, fueron expulsados hacia arriba. Par también se disipó parcialmente, se condensó parcialmente y cayó en forma de precipitaciones abundantes (en general, la sequía no amenazó las inmediaciones). Todo esto, por supuesto, tenía que ir acompañado de fenómenos como tornados, tormentas eléctricas y relámpagos.
A Julio Verne seguramente le gustaría eso. Sin embargo, el plan seguía siendo demasiado fantástico, por lo que, a pesar de todos los efectos especiales, la NASA prefería la forma más tradicional de los lanzamientos espaciales: los cohetes. Es una pena: más método steampunk es difícil de imaginar.
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