James Hart Wyld: Il motore che si raffreddava da solo

Il 10 dicembre 1938, a New Rochelle, nello stato di New York, un piccolo gruppo di amatori accese un motore a razzo che non si autodistrusse. Novanta libbre di spinta, tredici secondi e — punto cruciale dell'intera esercitazione — nessuna bruciatura della camera. Fino ad allora, ogni motore a razzo a propellente liquido costruito si era trovato in una corsa contro il proprio scarico, abbastanza caldo da sciogliere la camera che lo conteneva. Il motore di James Hart Wyld risolse il problema invertendolo: fece circolare il propellente freddo attraverso un'intercapedine attorno alla camera mentre si dirigeva verso la combustione, in modo che il carburante raffreddasse il motore e il motore preriscaldasse il carburante. Nulla andava sprecato. Ogni motore a razzo a propellente liquido costruito da allora funziona secondo questo principio.

Princeton e un libro

La documentazione biografica su Wyld è scarsa e incoerente: i resoconti standard divergono sul fatto che sia nato nel 1912 a New York o nel 1913 a Pompton Lakes, nel New Jersey. Ciò che è certo è che studiò alla Harvey Preparatory School di Hawthorne, New York, a Salisbury nel Connecticut, e poi a Princeton, dove conseguì una laurea in ingegneria meccanica nel 1935.

Ciò che trasformò un ingegnere meccanico in un appassionato di razzi fu un libro: The Conquest of Space (La conquista dello spazio) di David Lasser, membro fondatore di quella che allora era l'American Interplanetary Society, poi divenuta American Rocket Society (ARS). Il libro di Lasser sosteneva che il volo spaziale fosse un problema ingegneristico piuttosto che una fantasia, e Wyld si unì alla Società — le fonti collocano la sua adesione tra il 1931 e il marzo 1935. L'ARS era la prima organizzazione privata americana per la costruzione di razzi: un gruppo di appassionati, scrittori e ingegneri senza fondi governativi, che testavano motori su terreni aperti.

L'idea rigenerativa

L'ostacolo che tutti dovevano affrontare era il calore. Un motore a propellente liquido genera temperature di gran lunga superiori al punto di fusione di qualsiasi materiale per camere disponibile negli anni '30, e il risultato standard di un test di accensione era un ugello bruciato nel giro di pochi secondi. Le soluzioni ovvie — pareti più spesse, leghe esotiche, combustioni più brevi — costavano tutte in termini di spinta, massa o utilità.

Nel 1936 Wyld concepì la risposta, che designò M-15: un ugello a doppia parete attraverso il quale il propellente circola prima della combustione. Il carburante diventa il refrigerante. Assorbe il calore che altrimenti distruggerebbe la camera e riporta quel calore nel processo di combustione invece di disperderlo, cosicché il motore funzioni in modo più freddo e più potente. È una di quelle idee che sono ovvie in retrospettiva, ma che all'epoca non erano evidenti a nessuno.

Pubblicò il concetto su Astronautics nell'aprile 1938, e il test riuscito seguì nel dicembre di quell'anno. Nel luglio 1941, versioni perfezionate del design producevano 125 libbre di spinta media sostenuta. Nel novembre 1941, la Società dimostrò il motore alla Marina degli Stati Uniti, interessata al decollo assistito da razzi per aerei operanti da ponti di volo corti.

Reaction Motors

Il 16 dicembre 1941, nove giorni dopo Pearl Harbor, Wyld e quattro colleghi dell'ARS costituirono la Reaction Motors, Inc., la prima società commerciale di razzi negli Stati Uniti. Wyld ricoprì il ruolo di segretario e direttore della ricerca. Fu una transizione straordinaria: da una società di amatori che sparava motori da novanta libbre in un campo a un produttore sponsorizzato dalla Marina, nel giro di poche settimane, basandosi su un unico principio di progettazione.

L'azienda crebbe rapidamente. Le unità JATO (decollo assistito da getto) in tempo di guerra raggiunsero le 3.400 libbre di spinta nel 1943 e, a metà del decennio, i motori RMI producevano 6.000 libbre. Il 6000C-4, un motore a quattro camere la cui discendenza risale direttamente alla piccola unità a raffreddamento rigenerativo del 1938, fu il motore installato nel Bell X-1. Quell'aereo divenne il primo veicolo con equipaggio a infrangere la barriera del suono.

Wyld non visse abbastanza a lungo da vedere gran parte di ciò che seguì. Morì nel 1953, per una malattia cardiaca, all'età di quarantun anni.

Perché James è chiamato genio

Il verdetto onesto è che Wyld non era un genio nel senso di un intelletto ampio o creatore di sistemi; era un uomo che ebbe un'idea estremamente buona e la realizzò. Ma l'idea merita un'attenzione particolare, perché la sua qualità è insolita. Il raffreddamento rigenerativo è un'inversione: prende ciò che distrugge la macchina e lo indirizza verso ciò che fa funzionare la macchina. Il calore, il nemico, diventa propellente preriscaldato, una risorsa. Questo ribaltamento — trasformare una perdita in un guadagno — è una specie riconoscibile di intuizione ingegneristica, ed è più raro di un'astuzia incrementale. È anche il tipo di idea che può venire solo da qualcuno che ha riflettuto attentamente su dove va effettivamente l'energia in un sistema, invece che su come corazzare il sistema contro di essa.

La pretesa di distinzione è corroborata esternamente e insolitamente bene per una figura così oscura. Il suo design di raffreddamento rigenerativo "divenne la base di tutti i moderni motori a razzo a propellente liquido" — una frase che si può dire per pochissime decisioni ingegneristiche. Lo Smithsonian espone il suo motore del 1942. L'American Institute of Aeronautics and Astronautics ha intitolato il suo premio per la propulsione in suo onore. Esiste un cratere sulla Luna chiamato Wyld.

L'argomento contrario è reale. Ha prodotto un'innovazione, a vent'anni, e ha trascorso il resto di una breve carriera come direttore della ricerca a commercializzarla piuttosto che ad aggiungervi qualcosa. Non era un teorico e non ha dato alcun contributo alla matematica o alla fisica della propulsione. Altri in Europa convergevano verso schemi di raffreddamento simili negli stessi anni, e la sua priorità è americana piuttosto che globale. È invisibile nelle storie popolari del volo spaziale, che preferiscono von Braun e Goddard. Ciò che le testimonianze supportano non è un genio acclamato, ma una singola, decisiva intuizione ingegneristica, scoperta presto, dimostrata con pochi mezzi e ancora presente sotto ogni razzo che vola.

Eredità

La linea da New Rochelle nel 1938 al Bell X-1 è breve e diretta, e non si è fermata lì. Il raffreddamento rigenerativo è standard in ogni serio motore a propellente liquido costruito da allora: quelli che hanno lanciato Mercury e Apollo, quelli che volano oggi. Ora è così scontato che viene raramente nominato. La vita di Wyld non ha lasciato quasi traccia: nessuna memoria, nessuna fotografia famosa, documenti di nascita contestati, una morte a quarantun anni in una città del New Jersey. Il suo monumento è una decisione di progettazione così solida da non aver mai avuto bisogno di sostituzioni, un motore dietro un vetro al National Air and Space Museum e un cratere sulla Luna che porta il suo nome.