Джеймс Харт Уайлд: двигатель, который охлаждал сам себя

10 декабря 1938 года в Нью-Рошелле, штат Нью-Йорк, небольшая группа любителей запустила ракетный двигатель, который не самоуничтожился. Девяносто фунтов тяги, тринадцать секунд работы и — то, ради чего все затевалось — отсутствие прогара. До этого момента каждый жидкостный ракетный двигатель участвовал в гонке против собственного выхлопа, температура которого была достаточной, чтобы расплавить камеру сгорания. Двигатель Джеймса Харта Уайлда (James Hart Wyld) решил эту проблему, вывернув процесс наизнанку: он пропускал холодное топливо через оболочку вокруг камеры сгорания перед его сжиганием, так что топливо охлаждало двигатель, а двигатель предварительно подогревал топливо. Ничто не пропадало даром. Каждый жидкостный ракетный двигатель, созданный с тех пор, работает по этому принципу.

Принстон и книга

Биографические данные об Уайлде скудны и противоречивы — стандартные источники расходятся во мнениях, родился ли он в 1912 году в Нью-Йорке или в 1913 году в Помптон-Лейкс, штат Нью-Джерси. Известно лишь, что он учился в подготовительной школе Харви в Хоторне, Нью-Йорк, в Солсбери в Коннектикуте, а затем в Принстоне, где в 1935 году получил степень бакалавра машиностроения.

Книгой, которая превратила инженера-механика в ракетостроителя, стала «Покорение космоса» (The Conquest of Space) Дэвида Лассера (David Lasser), одного из основателей Американского межпланетного общества (позже Американского ракетного общества). Книга Лассера доказывала, что космический полет — это инженерная проблема, а не фантазия, и Уайлд вступил в Общество — источники указывают дату его вступления от 1931 года до марта 1935 года. Американское ракетное общество (ARS) было первой в Америке частной организацией по созданию ракет: группой энтузиастов, писателей и инженеров, не имевших государственного финансирования и испытывавших двигатели на пустырях.

Идея регенерации

Главным препятствием была жара. Двигатель на жидком топливе генерировал температуры, значительно превышающие температуру плавления любого материала для камеры сгорания, доступного в 1930-х годах, и стандартным исходом тестового запуска был прогар сопла через несколько секунд. Очевидные решения — утолщение стенок, использование экзотических сплавов, сокращение времени горения — требовали жертв в виде тяги, массы или полезности.

В 1936 году Уайлд придумал ответ, который он обозначил как M-15: сопло с двойными стенками, через которые циркулирует топливо перед сгоранием. Топливо становится охладителем. Оно поглощает тепло, которое иначе разрушило бы камеру, и возвращает его обратно в процесс горения, вместо того чтобы выбрасывать, поэтому двигатель работает холоднее и мощнее. Это одна из тех идей, которые кажутся очевидными в ретроспективе, но не были очевидны никому в то время.

Он опубликовал концепцию в журнале «Астронавтика» (Astronautics) в апреле 1938 года, а успешный тест состоялся в декабре того же года. К июлю 1941 года усовершенствованные версии конструкции выдавали в среднем 125 фунтов тяги в течение длительного времени. В ноябре 1941 года Общество продемонстрировало двигатель ВМС США, которые интересовались ракетными ускорителями для взлета самолетов с коротких палуб.

Reaction Motors

16 декабря 1941 года, через девять дней после Перл-Харбора, Уайлд и четверо коллег по ARS основали компанию Reaction Motors, Inc. — первую коммерческую ракетную компанию в США. Уайлд занимал посты секретаря и директора по исследованиям. Это был невероятный переход: за несколько недель превратиться из кружка любителей, запускающих 90-фунтовые двигатели в поле, в производителя, спонсируемого ВМС, на основе одного принципа проектирования.

Компания быстро расширялась. Военные ускорители JATO (взлет с помощью реактивной тяги) к 1943 году достигали тяги 3400 фунтов, а к середине десятилетия двигатели RMI выдавали 6000 фунтов. Модель 6000C-4, четырехкамерный двигатель, чья родословная напрямую восходит к маленькой регенеративно охлаждаемой установке 1938 года, был двигателем, установленным на Bell X-1. Этот самолет стал первым пилотируемым аппаратом, преодолевшим звуковой барьер.

Уайлд не дожил до того, чтобы увидеть большую часть того, что последовало позже. Он скончался в 1953 году в возрасте сорока одного года от сердечного заболевания.

Почему Джеймса называют гением

Честный вердикт состоит в том, что Уайлд не был гением в смысле интеллекта широкого профиля или системного мыслителя; он был человеком, у которого была одна чрезвычайно удачная идея, и он ее реализовал. Но эта идея заслуживает пристального внимания, потому что ее качество необычно. Регенеративное охлаждение — это инверсия: оно берет то, что разрушает машину, и направляет это в то, что заставляет машину работать. Тепло, враг, становится подогретым топливом, активом. Эта переформулировка — превращение потерь в доход — является узнаваемым типом инженерной прозорливости, и она встречается реже, чем просто находчивость. Это также идея, которая может прийти в голову только тому, кто тщательно обдумал, куда на самом деле уходит энергия в системе, а не тому, как защитить систему от нее.

Это утверждение об исключительности подтверждается внешними фактами, что необычно хорошо для столь малоизвестной фигуры. Его конструкция с регенеративным охлаждением «стала основой всех современных жидкостных ракетных двигателей» — фразу, которую можно сказать лишь о немногих инженерных решениях. Смитсоновский институт выставляет его двигатель 1942 года. Американский институт аэронавтики и астронавтики (AIAA) назвал в его честь свою премию в области ракетных двигателей. На Луне есть кратер, названный Wyld.

Контраргумент также существует. Он сделал одно изобретение в свои двадцать с небольшим лет и провел остаток своей короткой карьеры в качестве директора по исследованиям, занимаясь коммерциализацией этой идеи, а не развивая ее дальше. Он не был теоретиком и не внес вклада в математику или физику реактивного движения. Другие в Европе в те же годы сходились на похожих схемах охлаждения, и его приоритет — американский, а не глобальный. Он невидим в популярных историях освоения космоса, которые предпочитают фон Брауна (von Braun) и Годдарда (Goddard). Записи подтверждают не признанный гений, а единственное решительное инженерное прозрение, к которому пришли рано, доказали на скудные средства и которое до сих пор стоит под каждой взлетающей ракетой.

Наследие

Линия от Нью-Рошеля в 1938 году до Bell X-1 коротка и пряма, и на этом она не остановилась. Регенеративное охлаждение является стандартом в каждом серьезном жидкостном двигателе, построенном с тех пор — тех, что запускали «Меркурий» и «Аполлон», тех, что летают сегодня. Это сейчас настолько само собой разумеется, что его редко называют по имени. Жизнь Уайлда почти не оставила следов: никаких мемуаров, никаких знаменитых фотографий, спорные записи о рождении, смерть в сорок один год в городе в Нью-Джерси. Его памятник — это конструкторское решение, настолько верное, что его никогда не нужно было менять, двигатель за стеклом в Национальном музее авиации и космонавтики и кратер на Луне, носящий его имя.