Теодор фон Карман: инженер, давший имя границе космоса

Линия на высоте примерно 100 километров над уровнем моря по международной конвенции отмечает место, где заканчивается атмосфера и начинается космос. Она носит имя инженера венгерского происхождения, который до конца жизни настаивал на том, чтобы его называли инженером, а не ученым, потому что, как он выразился: «Ученый описывает то, что есть; инженер создает то, чего никогда не было». Теодор фон Карман потратил шесть десятилетий на то, чтобы делать именно это, и попутно помог изобрести американское ракетостроение практически с нуля.

Мальчик, которого отец пытался притормозить

Фон Карман родился в Будапеште в 1881 году в известной семье; его отец Мор, известный реформатор образования, был настолько встревожен способностью своего шестилетнего сына умножать большие числа в уме, что активно препятствовал углубленному изучению математики, опасаясь, что Теодор станет «вундеркиндом и уродом». Эта стратегия лишь отсрочила события — фон Карман получил высшую студенческую премию Венгрии по математике и естественным наукам, прежде чем изучать машиностроение в Королевском техническом университете Иосифа в Будапеште, который окончил в 1902 году. В 1906 году он отправился в Геттинген, чтобы работать под руководством Людвига Прандтля, отца современной аэродинамики, получил докторскую степень в 1908 году по математике структурной устойчивости, а затем с 1913 года возглавлял Аэронавтический институт в Аахенском университете (RWTH Aachen), что было ненадолго прервано службой по проектированию раннего прототипа вертолета для австро-венгерской армии во время Первой мировой войны.

Создание американской аэрокосмической программы из аэродинамической трубы

В 1926 году Калифорнийский технологический институт (Caltech) пригласил фон Кармана в Пасадену, чтобы помочь построить аэродинамическую трубу, и к 1930 году, все более опасаясь политического курса Европы, он принял должность штатного директора Аэронавтической лаборатории Гуггенхайма при Caltech, перевезя с собой в Калифорнию мать и сестру. Там он создал одну из ведущих аэронавтических программ страны, и когда аспирант по имени Фрэнк Малина начал экспериментировать с ракетным двигателем в середине 1930-х годов, он поддержал эту работу, а не отверг ее как научную фантастику. Когда в 1936 году армейский авиакорпус попросил Caltech разработать ракеты для взлета военных самолетов с реактивным ускорителем, фон Карман — поскольку университет не хотел сам заниматься промышленной деятельностью — помог основать Aerojet Engineering Corporation для их производства, работая вместе с Малиной и эксцентричным химиком Джеком Парсонсом. Эта ракетная группа, официально оформленная в 1944 году как Лаборатория реактивного движения (JPL) с фон Карманом в качестве директора-основателя, стала учреждением, которое позже построило первый американский спутник и роботов-исследователей, достигших каждой планеты Солнечной системы.

Вихри, мосты и звуковой барьер

Научная репутация фон Кармана основывалась на необычном даре находить упрощающее математическое допущение, которое делало неразрешимую задачу гидродинамики решаемой, — талант, который историк Томас Хьюз специально назвал его «гениальностью». Его имя закрепилось за явлениями во всей области: «вихревая дорожка фон Кармана», чередующийся узор вихрей, сходящих с объекта, движущегося в жидкости, остается основой вводного курса гидродинамики и реальной опасностью, которую инженеры должны учитывать при проектировании всего — от тросов мостов до дымовых труб. Когда мост Такома-Нарроуз разрушился в 1940 году драматическим и знаменитым по фильмам образом, фон Карман входил в состав федеральной следственной комиссии и помог выявить аэродинамическую «галопирующую» вибрацию — тесно связанную со сходом вихрей, — которая его разрушила. Он также был одним из первых, кто активно продвигал то, что он называл «закрытой дверью, ведущей в область сверхзвукового движения», выполнив фундаментальную теоретическую работу по стреловидным крыльям и сжимаемому потоку воздуха, которая помогла расчистить путь для проектирования реактивных и сверхзвуковых самолетов.

Советник генералов, архитектор международной науки

Во время Второй мировой войны по приглашению генерала Генри «Хэпа» Арнольда фон Карман покинул Caltech, чтобы возглавить Научно-консультативную группу армейских ВВС, после войны посетил руины немецких аэрокосмических исследований и на долгие годы определил долгосрочную стратегию американских военных исследований — роль, которую он сохранял даже во время восстановления после операции по поводу рака кишечника. Он использовал свое влияние и международный авторитет для создания долговечных научных институтов, а не просто для консультирования по вопросам оборудования: он помог основать организацию НАТО по аэродинамическим исследованиям AGARD в 1951 году, Международный совет по аэронавтике в 1956 году, Институт гидродинамики фон Кармана в Бельгии и Международную академию астронавтики в 1960 году. Коллеги вспоминали его как необычайно теплого, остроумного человека, преданного делу сохранения международного характера науки, даже когда она становилась все более тесно связанной с национальной обороной, — хотя некоторые, включая физика Сидни Голдштейна, отмечали, что он находил военных покровителей «самой удобной группой для общения», и это предпочтение определяло, где и как реализовывались его идеи.

Почему Теодора называют гением

Дело основывается на специфическом и необычном сочетании: оригинальный математический ум, способный назвать вихревые узоры за цилиндрами и мостами, в сочетании с инстинктом инженера превращать эту математику в летающее, а позже и орбитальное оборудование. Фон Карман не просто описывал турбулентность и нестабильность — он создал институциональный механизм, GALCIT, а затем JPL, который позволил его студентам и их студентам действовать на его основе, и немногие деятели XX века могут претендовать на то, что сформировали как теорию высокоскоростного полета, так и саму организацию, которая вывела Америку в космос. Его собственное определение инженера как того, кто «создает то, чего никогда не было», было не столько хвастовством, сколько точным самоописанием.

Честная сложность заключается в том, что величайшее институциональное наследие фон Кармана — JPL, Aerojet, AGARD — зависело от его таланта организовывать людей, обеспечивать военное покровительство и распознавать перспективных студентов, таких как Малина, не меньше, чем от любого выведенного им уравнения. Его собственное мнение о том, что «лучшая творческая мысль рождается не в организованных командах, а в тишине собственного мира», странно соседствует с карьерой, построенной в значительной степени на сборке больших, хорошо финансируемых команд; его гениальность, возможно, заключалась не столько в одиночном озарении, сколько в точном знании того, какие проблемы и какие люди стоят того, чтобы вокруг них организовываться.

Наследие

Фон Карман скончался в 1963 году в Аахене, городе, где фактически началась его американская карьера, всего за несколько дней до своего 82-летия, получив первую Национальную научную медаль от президента Кеннеди всего за несколько месяцев до этого. Он никогда не был женат. Линия Кармана до сих пор определяет, согласно международной конвенции, границу космоса; JPL по-прежнему работает как ведущий центр НАСА по роботизированному исследованию планет; а узор вихревой дорожки, носящий его имя, до сих пор является первым, что многие студенты-инженеры узнают о том, как ведут себя жидкости.