Mvuke inaweza kufanya kazi nzito sio tu katika karne ya 19, lakini pia katika karne ya 21.
Satelaiti ya kwanza ya bandia ya Dunia, iliyozinduliwa kwenye obiti mnamo Oktoba 4, 1957, na USSR, ilikuwa na uzito wa kilo 83.6 tu. Ni yeye aliyefungua umri wa nafasi kwa ubinadamu. Wakati huo huo, mbio za nafasi zilianza kati ya serikali mbili - Umoja wa Kisovieti na Merika. Chini ya mwezi mmoja baadaye, USSR ilishangaza ulimwengu tena kwa kuzindua setilaiti ya pili yenye uzito wa kilo 508 na mbwa Laika kwenye bodi. Merika iliweza kujibu simu hiyo tu mnamo mwaka ujao, 1958, kwa kuzindua setilaiti ya Explorer-1 mnamo Januari 31. Kwa kuongezea, umati wake ulikuwa chini ya mara kumi kuliko setilaiti ya kwanza ya Soviet - 8, kilo 3 … wahandisi wa Amerika, kwa kweli, wangeweza kufikiria kuweka setilaiti nzito kwenye obiti, lakini kwa kufikiria ni kiasi gani cha gari linalohitaji kubeba, hawakufanya peke yao. Jarida moja maarufu la Amerika liliandika: "Ili kuzindua setilaiti katika obiti ya ardhi ya chini, umati wa roketi lazima uzidi uzito wa malipo kwa mara elfu kadhaa. Lakini wanasayansi wanaamini kuwa maendeleo katika teknolojia yatawaruhusu kupunguza uwiano huu hadi mia moja. " Lakini hata takwimu hiyo ilimaanisha kwamba kuzindua setilaiti kubwa ya kutosha kuwa muhimu itahitaji kuchoma mafuta mengi ya gharama kubwa.
Ili kupunguza gharama ya hatua ya kwanza, chaguzi anuwai zimependekezwa: kutoka kwa kujenga chombo kinachoweza kutumika tena hadi maoni mazuri kabisa. Miongoni mwao kulikuwa na wazo la Arthur Graham, mkuu wa maendeleo ya juu huko Babcock & Wilcox (B&W), ambayo imekuwa ikitengeneza boilers za mvuke tangu 1867. Pamoja na mhandisi mwingine wa B&W, Charles Smith, Graham alijaribu kujua ikiwa chombo hicho kinaweza kuwekwa kwenye obiti kwa kutumia … mvuke.
Mvuke na hidrojeni
Graham wakati huu alikuwa akijishughulisha na ukuzaji wa boilers zenye joto kali zinazofanya kazi kwa joto zaidi ya 3740C na shinikizo juu ya atm 220. (juu ya hatua hii muhimu, maji sio tena kioevu au gesi, lakini kinachojulikana kama kioevu cha juu, kinachounganisha mali ya zote mbili). Je! Mvuke inaweza kutumika kama "msukuma" kupunguza kiwango cha mafuta katika hatua ya kwanza ya gari la uzinduzi? Makadirio ya kwanza hayakuwa na matumaini makubwa. Ukweli ni kwamba kiwango cha upanuzi wa gesi yoyote ni mdogo na kasi ya sauti katika gesi hii. Kwa joto la 5500C, kasi ya uenezi wa sauti katika mvuke wa maji ni karibu 720 m / s, kwa 11000C - 860 m / s, mnamo 16500C - 1030 m / s. Kasi hizi zinaweza kuonekana kuwa za juu, lakini mtu asipaswi kusahau kuwa hata kasi ya kwanza ya ulimwengu (inahitajika kuweka satelaiti kwenye obiti) ni 7, 9 km / s. Kwa hivyo gari la uzinduzi, ingawa ni kubwa vya kutosha, bado litahitajika.
Walakini, Graham na Smith walipata njia nyingine. Hawakujifunga kwa feri tu. Mnamo Machi 1961, kwa maagizo ya usimamizi wa B & W, waliandaa hati ya siri inayoitwa "Steam Hydrogen Booster for Spacecraft Launch", ambayo ililetewa NASA. (Walakini, usiri huo haukudumu kwa muda mrefu, hadi 1964, wakati Graham na Smith walipopewa hati miliki ya Merika No 3131597 - "Njia na vifaa vya kuzindua roketi"). Katika hati hiyo, waendelezaji walielezea mfumo wenye uwezo wa kuharakisha chombo chenye uzito wa hadi tani 120 kwa kasi ya karibu 2.5 km / s, wakati kuongeza kasi, kulingana na mahesabu, hakuzidi 100g. Kuongeza kasi kwa kasi ya kwanza ya nafasi ilifanywa kwa msaada wa nyongeza za roketi.
Kwa kuwa mvuke haina uwezo wa kuharakisha mradi wa nafasi kwa kasi hii, wahandisi wa B&W waliamua kutumia mpango wa hatua mbili. Katika hatua ya kwanza, mvuke iliyoshinikizwa na kwa hivyo inapokanzwa hidrojeni, kasi ya sauti ambayo ni kubwa zaidi (kwa 5500C - 2150 m / s, kwa 11000C - 2760 m / s, mnamo 16500C - zaidi ya 3 km / s). Ilikuwa hidrojeni ambayo ilitakiwa kuharakisha moja kwa moja chombo hicho. Kwa kuongezea, gharama za msuguano wakati wa kutumia haidrojeni zilikuwa chini sana.
Bunduki kubwa
Kizindua yenyewe ilitakiwa kuwa muundo mkubwa - supergun kubwa, sawa na ambayo hakuna mtu aliyewahi kujenga. Pipa yenye kipenyo cha mita 7 ilikuwa 3 km (!) Kwa urefu na ilibidi iwe iko wima ndani ya mlima wa vipimo sahihi. Ili kupata "breech" ya kanuni kubwa, mahandaki yalitengenezwa chini ya mlima. Kulikuwa pia na mmea wa kuzalisha hidrojeni kutoka gesi asilia na jenereta kubwa ya mvuke.
Kutoka hapo, mvuke kupitia mabomba iliingia kwenye mkusanyiko - uwanja wa chuma wa mita 100 kwa kipenyo, iko nusu ya kilomita chini ya msingi wa pipa na kwa nguvu "imewekwa" kwenye umati wa mwamba ili kutoa nguvu ya ukuta inayofaa: mvuke katika mkusanyiko ulikuwa na joto la karibu 5500C na shinikizo la zaidi ya 500 atm.
Mkusanyiko wa mvuke uliunganishwa na kontena na haidrojeni iliyoko juu yake, silinda yenye kipenyo cha m 25 na urefu wa mita 400 na besi zilizo na mviringo, kwa kutumia mfumo wa bomba na vali 70 za kasi, kila moja ikiwa karibu mita 1 ndani kipenyo. Kwa upande mwingine, silinda ya haidrojeni iliyo na mfumo wa vali 70 kubwa kidogo (kipenyo cha m 1.2) iliunganishwa na msingi wa pipa. Yote ilifanya kazi kama hii: mvuke ilipigwa kutoka kwenye mkusanyiko kwenye silinda na, kwa sababu ya wiani wake wa juu, ilichukua sehemu yake ya chini, ikikandamiza haidrojeni katika sehemu ya juu hadi 320 atm. na kuipasha moto hadi 17000C.
Chombo hicho kiliwekwa kwenye jukwaa maalum ambalo lilitumika kama godoro wakati wa kuongeza kasi kwenye pipa. Wakati huo huo ililenga vifaa na kupunguza mafanikio ya kuongeza kasi ya haidrojeni (hii ndivyo projectiles ndogo za kisasa zinavyopangwa). Ili kupunguza upinzani wa kuongeza kasi, hewa ilitolewa nje ya pipa, na muzzle ilifungwa na diaphragm maalum.
Gharama ya kujenga kanuni ya nafasi ilikadiriwa na B & W karibu dola milioni 270. Lakini basi kanuni inaweza "kuwasha" kila siku nne, kupunguza gharama ya hatua ya kwanza ya roketi ya Saturn kutoka $ 5 milioni hadi $ 100,000. Wakati huo huo, gharama ya kuweka kilo 1 ya malipo kwenye obiti ilianguka kutoka $ 2500 hadi $ 400.
Kuthibitisha ufanisi wa mfumo, watengenezaji walipendekeza kujenga mfano wa kiwango cha 1:10 katika moja ya migodi iliyoachwa. NASA ilisita: baada ya kuwekeza kiasi kikubwa cha pesa katika utengenezaji wa roketi za jadi, shirika hilo halingeweza kutumia $ 270 milioni kwa teknolojia inayoshindana, na hata na matokeo yasiyojulikana. Kwa kuongezea, upakiaji wa 100g, japo kwa sekunde mbili, ilifanya iwezekane kutumia supergun katika mpango wa nafasi iliyojaa.
Ndoto ya Jules Verne
Graham na Smith hawakuwa wahandisi wa kwanza wala wa mwisho kukamata mawazo ya dhana ya kuzindua spacecraft na kanuni. Mwanzoni mwa miaka ya 1960, Gerald Bull wa Canada alikuwa akiunda Mradi wa Utafiti wa Urefu wa Juu (HARP), akirusha viini vya anga za juu hadi urefu wa karibu kilomita 100. Katika Maabara ya Kitaifa ya Livermore. Lawrence huko California hadi 1995, kama sehemu ya mradi wa SHARP (Mradi wa Utafiti wa Urefu wa Juu) chini ya uongozi wa John Hunter, bunduki ya hatua mbili ilitengenezwa, ambapo haidrojeni ilibanwa na kuchoma methane, na projectile ya kilo tano iliharakisha hadi 3 km / s. Kulikuwa pia na miradi mingi ya reli - viboreshaji vya umeme wa umeme kwa kuzindua vyombo vya angani.
Lakini miradi hii yote ilififia mbele ya supergun ya B&W. “Kulikuwa na mlipuko wa kutisha, usiyosikika, wa ajabu! Haiwezekani kufikisha nguvu yake - ingefunika radi kubwa zaidi na hata kishindo cha mlipuko wa volkano. Kutoka kwa matumbo ya dunia mganda mkubwa wa moto uliongezeka, kana kwamba ni kutoka kwenye volkano ya volkano. Dunia ilitetemeka, na haikuwa na mtazamaji yeyote aliyefanikiwa wakati huo kuona projectile ikikata kwa ushindi katika hewa katika kimbunga cha moshi na moto "… - ndivyo Jules Verne alivyoelezea risasi ya jitu Columbiade katika maarufu yake riwaya.
Kanuni ya Graham-Smith inapaswa kuwa na maoni yenye nguvu zaidi. Kulingana na mahesabu, kila uzinduzi ulihitaji karibu tani 100 za hidrojeni, ambayo, kufuatia projectile, ilitupwa angani. Iliwaka moto kwa joto la 17000C, iliwaka wakati iligusana na oksijeni ya anga, na kugeuza mlima huo kuwa tochi kubwa, nguzo ya moto iliyonyosha kilomita kadhaa kwenda juu. Wakati kiasi kama hicho cha haidrojeni huwaka, tani 900 za maji hutengenezwa, ambazo zinaweza kutoweka kwa njia ya mvuke na mvua (ikiwezekana kuchemka katika maeneo ya karibu). Walakini, onyesho halikuishia hapo. Kufuatia hidrojeni inayowaka, tani 25,000 za mvuke yenye joto kali zilirushwa juu, na kutengeneza geyser kubwa. Mvuke pia ulitawanyika kwa sehemu, ulifupishwa kidogo na kuanguka kwa njia ya mvua kubwa (kwa ujumla, ukame haukutishia maeneo ya karibu). Yote hii, kwa kweli, ilibidi iambatane na hali kama vile kimbunga, ngurumo za radi na umeme.
Jules Verne angeipenda. Walakini, mpango huo bado ulikuwa mzuri sana, kwa hivyo, licha ya athari zote maalum, NASA ilipendelea njia ya jadi zaidi ya uzinduzi wa nafasi - uzinduzi wa roketi. Mbaya sana: njia ya steampunk zaidi ni ngumu kufikiria.
