Кіріспе

Артур Роберт Кантровиц (20 қазан 1913 жыл - 29 қараша 2008 жыл) – американдық ғалым, инженер және педагог. Кантровиц Бронкста өсіп, ДеУитт Клинтон орта мектебін бітірген. Ол Колумбия университетінде физика саласы бойынша бакалавр, магистр және 1947 жылы доктор ғылымының кандидаты атағын алды.

Ерте өмір

Кантровиц 1913 жылғы 28 қазанда Нью-Йорк қаласында дүниеге келген. Оның анасы костюмдерді жобалайтын дизайнер, ал әкесі Бронксте клиника басқарған. Бала кезінде Артур ескі радио детальдарынан электрокардиограф құрастырды, бұл жұмыста оның ағасы Адрианмен бірге жұмыс істеді (кейіннен ол АҚШ-та алғашқы жүрек трансплантациясын жасаған).

Мансап

Колумбияда аспирантурада оқыған кезінде Кантровиц 1936 жылы Ұлттық аэронавтикалық кеңес комитетіне (NACA) физик болып жұмыс істей бастады, және ол бұл жұмысты он жыл бойы атқарды. Ph.D. дәрежесін алу кезінде Кантровицтің ғылыми жетекшісі Эдвард Теллер болды. 1938 жылы ол диффузиялық тежегіштің құрылысын бастады, бұл жұмыс істейтін термоядролық реакторды жасауға жасалған алғашқы талпыныс еді. Атауы мақсатын жасыру үшін әдейі таңдалды, бірақ ол ақырында ашылды және қаржыландыру тоқтатылды. Ол келесі он жыл бойы Корнелл университетінде оқытумен айналысты, ал 1955 жылы Массачусетс штатының Эверетт қаласында Avco Everett Research Lab (AERL) зертханасын құрды. Ол атмосфераға орбиталық жылдамдықпен қайта кіруді модельдеу үшін қажетті өте ыстық газдарды өндіретін соққылық түтіктерді жасады, осылайша қалқанның қайта кіру кезінде қызып кету мәселесін шешіп, қайта пайдалануға болатын ғарыш кемелерін жасауды үдетті. 1978 жылға дейін ол AERL директоры, бас атқарушы директоры және төрағасы болды, содан кейін Дартмут колледжінде профессор болып жұмыс істеді. 1956 жылдан 1978 жылға дейін ол Avco Corporation вице-президенті және директоры болып та қызмет етті.

Ғылыми еңбектері

Кантровицтің сұйықтық механикасы және газ динамикасы саласындағы пәнаралық зерттеулері магнитогидродинамика саласындағы жаңалықтарға және жоғары тиімділік пен жоғары қуатты лазерлерді жасауға әкелді. Ол алғашқы болып лазерлік жетегі бар жүйені орбитаға үлкен көлемдегі жүктерді жіберу үшін ұсынды, мұнда жердегі лазерлерден алынған энергияны пайдалану арқылы газдың жылдамдығы арттырылып, жанармай мен жүк арақатынасы төмендетілді. Оның лазерлік жетегі туралы идеялары 1988 жылы жарияланды. Оның ерте зерттеулері 1940-шы жылдардың басындағы үстінкү дыбыс жылдамдығында жұмыс істейтін диффузорлар мен компрессорларды қамтыды, бұл технология кейіннен реактивтік қозғалтқыштарда қолданылды. Ол 1939 жылы жоғары биіктікте ұшуға арналған жалпы энергия вариометрін ойлап тапты, сондай-ақ 1941 жылы магниттік қамтамасыз ету арқылы ядролық синтезді жүзеге асырудың алғашқы жобасын жасауға бірлесіп қатысты, оған патент алынды. 1950 жылы ол молекулалық сәулелерді жасауға арналған жоғары жылдамдықты көзді ойлап тапты, бұл әдіс кейін химия ғалымдары тарапынан екі Нобель сыйлығына ие болған зерттеулерде пайдаланылды. 1960-1970 жылдары ол AERL-дегі бірінші ішілік аорталық баллонды сорғыны жобалау мен дамытуға жетекшілік етті. Бұл баллонды сорғы – уақытша жүрекке көмектесетін құрал, ол бүкіл әлемде үш миллион адамға қолданылды. Ол тіпті өзінің нашарлаған жүрегіне де осы құралды қолданды. Ғылымға жасаған тағы бір үлесі – тұрақтанған ағын эксперименті, онда жаңа қанның жасанды бетпен алғашқы әрекеттесу процесін жоғары қуатты микроскоп арқылы тікелей бақылауға болады. Бұл техника осы маңызды өзара әрекеттесуді зерттеудің маңызды әдісіне айналды және көптеген қан айналымы протездерін, соның ішінде жасанды жүректі жасауға әкелді. Кантровиц ғылым мен технологияны саяси немесе идеологиялық мәселелерден бөлуді жақтады және 1967 жылы ғылыми сот құруды алғаш ұсынды. Ол ғылыми сотты одан әрі дамытып, 1975-1976 жылдары президент Фордтың ғылым мен технологиядағы болашақ жетістіктер жөніндегі кеңесші тобындағы жұмыс тобының төрағасы болды. Джерри Пурнеллдің сөзіне сүйенсек, "Біз 1960-шы және 1970-шы жылдары осының бәрін [яғни кең ауқымды коммерциялық ғарыш дамуын] дамытуға мүмкіндігіміз болды, бірақ біз басқа бағытты таңдадық. Артур Кантровиц Кеннедидің командасын Айға адаммен ұшу, фон Браунның адамдарға арналған ғарыш стансасын құру және дамыған ғарыш активтерін қалдыра отырып, логикалық жолмен Айға жетудің ең дұрысы екендігіне көндіруге тырысты".

Кантровицтің шегі

Кантровиц дыбыс жылдамдығынан асып түсетін және оған жақын кіреберіс жылдамдықтарындағы сұйықтардың тарылу нүктелерінің теориялық тұжырымдамасын жасағанымен танымал. Бұл тұжырымдама Кантровиц шегі деп белгілі.

Қолданбалар

Кантровиц лимиті реактивті қозғалтқыштар мен зымырандардың кіреберіс ағынының газ динамикасында жоғары субсоникалық және суперсоникалық жылдамдықтарда жұмыс істегенде көптеген қолдануға ие. Кантровиц лимиті соплаға тигізетін әсерді екі мысал түсіндіреді. Екі жағдайда да массалық ағын = кіреберіс жылдамдығы * ауданы * тығыздығы. Вакуум көзіне қосылған соқпақты қарастырайық. Қысымның арақатынасы шамамен 2-ге жеткенде, соқпақ арқылы ағын дыбыстың жергілікті жылдамдығына жақындап, ағын тұншықты ағысқа айналады. Вакуумның абсолютті қысымы одан әрі төмендесе, ағын жылдамдығы арта алмайды. Бұл Кантровиц лимиті, ол массалық ағынды шектейді, себебі жылдамдық дыбыс жылдамдығымен шектеледі, ал аудан, кіреберіс қысымы және тығыздық өзгермейді. Ұшақтардың реактивті қозғалтқыштары осы лимиттен қатты әсер етуде, кіреберіс ағыны жылдамдығы 1 Мах-қа жеткенде, қозғалтқыш қанша сорса да массалық ағын шектеледі. Енді, қысылған ауамен жабдықталған соқпақты қарастырайық. Қысымның арақатынасы шамамен 2 болғанда, ағын тұншығып, дыбыс жылдамдығынан асыра алмайды. Бірақ тығыздықты және нәтижедегі массалық ағынды кіреберіс қысымын арттыру арқылы көбейтуге болады. Қысым неғұрлым жоғары болса, тығыздық та соғұрлым жоғары болады, демек массалық ағын да артады. Демек, Кантровиц газдың максималды жылдамдығын шектесе де, массалық ағынға ешқандай белгілі бір лимит қоймайды. Жақында ұсынылған, халық тығыздығы жоғары қалалар арасындағы (шамамен 1609 км қашықтықта) жылдам транзит жүйесі – Hyperloop, Кантровиц лимитін негізгі жобалау критерийі ретінде пайдаланады. Жолаушылар кабинасын өте төмен қысымды құбыр арқылы өткізуге тырысу тікелей Кантровиц ағыны лимитіне соқтығады. Тарихи тұрғыдан алғанда, лимит шеңберінде жұмыс істеудің шешімдері «жоғары жылдамдықпен» және «төмен жылдамдықпен» болған. Hyperloop ұсынысындағы маңызды жаңалық – Кантровиц лимитінен төмен қалуға мүмкіндік беретін, бірақ жоғары субсоникалық жылдамдықпен қозғалатын үшінші жаңа тәсіл: жоғары жылдамдықты тасымалдау капсуласының алдыңғы жағынан артқы жағына жоғары қысымды ауаны белсенді түрде беру үшін алдыңғы тұсық компрессорын орнату, осылайша тұншықты ағыстың динамикалық соққысын тудыратын ауаның көп бөлігін айналып өту. Капсула арқылы өтетін кіші каналдағы ағын да Кантровиц лимитіне бағынады, бұл қажетті массалық ағынды алу үшін қысым мен тығыздықты арттыру арқылы жеңілдетіледі. 2013 жылғы Hyperloop alpha жобасында ауа кіретін сорғы, жоғары жылдамдықта қозғалу үшін төмен үйкелістікпен ауа жастығын қамтамасыз етеді.

Құрмет пен марапаттар

Кантровиц Америка өнер және ғылым академиясының, Америка ғылымды дамыту қауымдастығының, Америка астронавтикалық қоғамының, Америка аэронавтика және астронавтика институтының (құрметті), Америка физика қоғамының, Америка медициналық және биологиялық инженерия институтының мүшесі болды. Ол сондай-ақ Ұлттық инженерлік академиясының және Ұлттық ғылым академиясының, Халықаралық астронавтика академиясының мүшесі еді. 1953–1954 жылдары Кембридж және Манчестер университеттерінде Фулбрайт және Гуггенхайм стипендияларын алды. Кантровиц Рочестер университетінің құрметті сенімдісі, Технионның басқару кеңесінің құрметті өмірлік мүшесі және Қытайдың Ухань қаласындағы Хуачжун технология институтының құрметті профессоры болды. Кантровиц сонымен қатар нанотехнологияға дайындыққа арналған Foresight институтының кеңесшілер кеңесінде жұмыс істеді. Кантровиц 21 патенттің иесі болды және 200-ден астам ғылыми және кәсіби мақалалардың авторы немесе авторлық құрамында болды. Ол сондай-ақ 1958 жылы Принстон университеті баспасынан шыққан «Газ динамикасының негіздері» кітабының авторларының бірі болды. Кантровиц 2008 жылғы 29 қарашада Нью-Йоркте туыстарына барып қайтқанда 95 жасында дүниеден озды. Ол өткен күні жүрек талмасынан зардап шеккен.