[ ERA: PRAEITIS ]

1942-ųjų incidentas: lemtingas 1,07 proc. nuokrypis

Nuotrauka: Gemini Imagen

Peenemündės bandymų angare tvyrojo aitrus ozono ir deginto vario tvaikas, kai Wernheris von Braunas stebėjo, kaip 13 tonų sveriantis variklio mazgas virto formą praradusiu metalo luitu. Tai nebuvo narsos ar triumfo akimirka, o tylus, metodiškas inžinerinės vizijos irimąs, kurį sukėlė ne išorės jėgos, o vidinė, mikroskopinė kova tarp skirtingų medžiagų plėtimosi koeficientų. Vos 0,4 metro skersmens degimo kamera, turėjusi tapti V-2 raketos širdimi, akimirksniu prarado savo geometrinį vientisumą, kai 385 W/m·K šiluminio laidumo varis susidūrė su 45 W/m·K plieniniu apvalkalu, sukurdamas 1284 MPa įtampą, kurios von Braunas, nepaisant visų savo skaičiavimų, nesugebėjo numatyti.

Šis 1942 metų incidentas kilo dėl 1,07 % šiluminės deformacijos skirtumo, kuris veikė kaip tylus pleištas, pamažu ardantis konstrukcijos vientisumą. Von Braunas, stebimas savo pavaldinių, priėmė sprendimą, kuris vėliau tapo nuolatine praktika: vietoje to, kad keistų pačią metalurginę koncepciją, jis įsakė sustiprinti vario sienelę iki 3 mm. Šis pasirinkimas buvo desperatiškas bandymas nuslopinti faktą, kad 2700 K temperatūros praragas, siautėjantis degimo kameroje, fiziškai keitė metalo kristalinę struktūrą, paversdamas preciziškai suprojektuotą komponentą vienkartiniu įrankiu, kuris po kiekvieno bandymo buvo verčiamas metalo laužo krūva.

Kritinis 125 MW/m² šilumos srautas, koncentruotas 0,1257 m² dydžio kaklelyje, reikalavo nuolatinio dėmesio, kurį inžinieriai bandė užtikrinti 125 kg/s masės propelentų srautu. Tačiau 21,5 bar slėgis turbosiurblyje tapo riba, kurios mechanika atsisakė paklusti. Skystas deguonis, pasiekęs 90 K temperatūrą, savo prigimtimi priešinosi efektyviam aušinimui, virsdamas dujomis ir sudarydamas nenuspėjamus garų kamščius. Tai buvo ne inžinerinė klaida, o fizikos diktatas: medžiaga paprasčiausiai negalėjo atlaikyti tokios temperatūrų amplitudės, neprarasdama savo mechaninių savybių.

18 koncentrinių purkštukų galvutė tapo kitu nestabilumo židiniu. Kai sistema generavo 500 Hz dažnio akustines vibracijas, slėgis kameroje šokinėjo, periodiškai viršydamas 15,5 bar ribą. Von Braunas, užuot perprojektavęs visą degimo kameros geometriją, leido įmontuoti pasyvias pertvaras. Tai buvo laikinas lopas, maskuojantis fundamentalų degimo nestabilumą. Šios pertvaros, nors ir sumažino vibracijas, tapo papildomais šilumos kaupimo taškais, kurie tik pagreitino vario sienelės irimą.

Statistinė 12 % tikimybė, kad variklis sprogs dėl vietinio perkaitimo prie purkštukų, tapo norma, su kuria karo metais buvo susitaikyta. Kiekvienas variklis, pagamintas Peenemündėje, nešiojo šią mirtiną ydą kaip neišvengiamą palikimą. Inžinieriai, spaudžiami griežtų terminų ir resursų stygiaus, priėmė šį rizikos lygį, ignoruodami faktą, kad jų sukurta mašina balansavo ant ribos, kurioje metalas praranda savo takumo savybes ir tampa plastiškas, beveik skystas.

Skystas deguonis, tekėdamas 4500 kg/m²·s greičiu, visada rasdavo silpnąją vietą. Kai išoriniame vario paviršiuje temperatūra pasiekdavo 1774 K, aušinimo sistema jau seniai būdavo peržengusi savo fizinių galimybių ribą. Tai nebuvo nesėkmė dėl blogo projektavimo, o greičiau susidūrimas su termodinamikos realybe, kurios negalėjo pakeisti joks skaičiavimų tikslumas ar medžiagų storinimas.

Ši aklavietė, kurioje von Brauno komanda atsidūrė 1944 metais, tapo katalizatoriumi. Kai kiti inžinieriai po dešimtmečio peržiūrėjo šiuos brėžinius, jie suprato regeneracinio aušinimo ribotumą. Vietoje kovos su karščiu, jie pasirinko abliacinę medžiagą, kuri leido paviršiui kontroliuojamai ardytis, sukuriant savaime atsinaujinantį skydą. Šis sprendimas pašalino būtinybę balansuoti tarp metalų plėtimosi ir šiluminio laidumo, pakeisdamas visą raketų variklių konstravimo paradigmą.