Prieš mane guli 2,5 metro ilgio plieninis cilindras, sveriantis lygiai 10 kilogramų – pirminis Roberto H. Goddard’o raketos korpusas, kurį inžinierius sukonstravo 1914-aisiais. Tai nėra skrydžio aparatas, o labiau kietojo kūno mechanikos nekrologas. Pagrindinė konstrukcijos medžiaga – plonasienis nerūdijantis plienas, kurio 2 mm storio sienelės turėjo atlaikyti 150 psi darbinį slėgį. Goddardas siekė įrodyti skystojo kuro degimo stabilumą, tačiau jo pasirinktas lydinys pasirodė esąs neadekvačiai jautrus terminėms deformacijoms, kurias sukėlė 3 450 K degimo kameros temperatūra.
Analizuojant cilindro vidinę pusę, matyti akivaizdūs mikroplyšiai, atsiradę dėl fazinių virsmų kristalinėje struktūroje. Kai skystas deguonis susimaišydavo su etanoliu, degimo kamera patirdavo staigius 1 200 psi slėgio šuolius, viršijančius medžiagos takumo ribą. Goddardas, tikėdamasis išlaikyti vientisumą, vietoj suvirinimo siūlių naudojo žalvarinius fiksatorius, kurie, veikiami šių jėgų, tapo taškais, kur koncentravosi mechaninis įtempis. Ši inžinerinė strategija lėmė, kad ties kiekvienu fiksatoriumi metalas patyrė plastinę deformaciją, vėliau peraugusią į katastrofinį trapųjį lūžį.
Mikroskopinis tyrimas atskleidžia Inconel 718 lydinio purkštukų degradaciją: 0,8 mm skersmens angos, veikiamos aukšto dažnio vibracijų, išsiplėtė iki netaisyklingų ovalų. Šis erozijos procesas vyko ne dėl cheminės korozijos, o dėl kavitacijos, kurią sužadino netolygus kuro srautas. Kai Goddardas bandė padidinti trauką, 50 svarų slėgio didėjimas sukeldavo rezonansą, kurio inžinierius neturėjo priemonių apskaičiuoti. Šis rezonansas išardė molekulinius ryšius purkštuko paviršiuje, paversdamas precizinį komponentą šiurkščiu, nelygiu paviršiumi.
Konstrukcijos 41 metro skrydžio aukštis buvo pasiektas ne dėl sistemos tobulumo, o dėl priverstinio medžiagų darbo už jų fizinių galimybių ribų. Kiekvienas 146 dūžių per minutę širdies ritmas, kurį Goddardas fiksavo užrašuose, atitiko 85 dB garsinį slėgį, kurį generavo variklio gaudesys, tačiau tikroji problema buvo 300 psi slėgio riba. Šis skaičius tapo riba, kurioje plienas prarado gebėjimą grįžti į pradinę būseną, o jo atominis tinklas pradėjo neatstatomai slinktis, formuodamas dislokacijas, kurios vėliau tapo matomais įtrūkimais.
Fizikinis paradoksas glūdi tame, kaip medžiaga reagavo į šiluminį plėtimąsi. Goddardas tikėjosi, kad nerūdijantis plienas išlaikys geometrinį tikslumą, tačiau 3 450 K temperatūra sukėlė temperatūrinį gradientą, dėl kurio cilindro sienelės išsipūtė 3,2 mm. Šis matmenų pokytis pakeitė degimo kameros tūrį, o tai savo ruožtu sumažino kuro degimo efektyvumą iki 12 procentų. Mašina veikė, tačiau jos vidinė geometrija nuolat kito, paversdama ją nestabilia termodinamine sistema.
Metalo pavargimas čia nėra abstrakti sąvoka, o fizinis faktas, užfiksuotas atominės matricos deformacijose. Kiekviena sekundė darbo buvo kova su entropija, kurią Goddardas bandė suvaldyti empiriniais skaičiavimais. Jo pasirinkimas naudoti žalvarį kaip jungiamąjį elementą tarp plieninių sekcijų sukūrė galvaninę porą, kuri, veikiama drėgmės ir karščio, pagreitino koroziją. Tai buvo inžinerinis sprendimas, sukurtas taupumo sumetimais, tačiau jis tapo pagrindiniu sistemos silpnumo šaltiniu.
Analizuojant šį artefaktą, tampa aišku, jog Goddardas nesiekė sukurti ilgalaikio įrenginio; jis kūrė vienkartinį įrankį, skirtą patikrinti teorinę traukos lygtį. Jo sėkmė nebuvo susijusi su raketos pasiekimais, o su gebėjimu išlaikyti vientisumą bent keliasdešimt sekundžių. Šis trumpalaikis stabilumas buvo pasiektas aukojant medžiagų ilgaamžiškumą, kas tapo pamatu vėlesniems slėginių indų tyrimams pramonėje.
Įrenginys suveikė, tačiau ne pagal pirminę paskirtį. Nors skrydis į kosmosą liko tik teoriniu tikslu, šio cilindro konstrukcinės klaidos tapo vertingu duomenų šaltiniu metalurgijos pramonei. Dėl Goddard’o nesėkmių valdant aukšto slėgio srautus, buvo sukurti nauji standartai pramoninių kompresorių sandarinimui ir medžiagų atsparumui temperatūros šuoliams. Raketa nepasiekė žvaigždžių, bet ji iš esmės perrašė chemijos gamyklų saugos protokolus, paversdama inžinieriaus klaidą standartu, pagal kurį šiandien veikia tūkstančiai pramoninių slėginių sistemų.