安娜·戴明(Anna Demming)揭示了一位科学家,她发明了燃料,为美国第一颗进入轨道的卫星提供了动力,但她去世时几乎没有留下任何成就的记录
1957年10月4日,苏联发射了人造卫星。世界上第一颗卫星绕地球轨道运行了21天,并发出哔哔的信号,地球上的任何人都可以收听。在不到一个月的时间里,斯普特尼克2号发射升空,进一步扩大了苏联在航天技术方面对世界其他国家的领先地位。与此同时,对于美国来说,轨道空间火箭仍然遥不可及——他们的火箭技术计划主要集中在军事导弹上。
事实证明,在冷战期间,人造卫星在展示科技实力方面发挥了如此重要的作用,以至于许多人认为,美国作为科技超级大国的声誉将永远无法恢复。1958年1月31日,美国“探索者1号”(Explorer 1)成功进入轨道,挽救了美国科学和工程的信誉,使其在太空竞赛中有了立足点,这是美国需要的成功故事。然而,这位发明了氢燃料的女性,却一直默默无闻。氢燃料为改装后的导弹提供了进入轨道所需的额外动力。
玛丽·谢尔曼·摩根(Mary Sherman Morgan)的家人记得她是个“宅男”,整天窝在饭桌上,经常烦躁地自言自语,手里拿着咖啡、香烟、纸牌和一本户外生活杂志——通常是下一个年度露营度假的灵感来源。她总是很敏锐,但回到她退休“养家”之前的日子,摩根的故事揭示了她顽强的智慧和聪明的头脑,帮助美国的航天抱负上升到新的高度。
她故意避免自己的名声,当记者出现时,她打电话给保安
摩根出生在北达科他州雷的一个贫困的大户人家。她的生活被家务和农家杂务淹没了,以至于她的父母直到她九岁才送她去上学,那时社会服务人员已经来了,威胁要逮捕她的父母。摩根在教育上很有成就,获得了奖学金,进入了俄亥俄州桑达斯基的一所普通大学攻读化学。但随着为战争做出贡献和解决自己日益恶化的财政问题的压力越来越大,她没有完成学位,去了附近的一家武器工厂工作。因此,当她在战后加入Rocketdyne(当时的北美航空公司)时,她不仅要面对对她女性身份的偏见,而且还要面对在工程部工作的唯一没有大学学位的人。尽管如此,正是在那里,她发明了羟色胺,在几乎不可能的工作限制下完成。她的任务是开发一种更强大的推进剂,为美国陆军的红石火箭引擎提供额外的动力,但不改变引擎设计的任何方面。
美国斯坦福大学工程学教授布莱恩•坎特韦尔说:“我认为这是一项相当大的成就。”他在火箭研究方面的工作包括测试20世纪60年代阿波罗任务的登月舱上升发动机,以及开创一种具有竞争力的混合固体液体火箭推进剂,目前正在与美国宇航局的科学家进行测试。Cantwell说:“我认为她使用这种hydyne的最大成就是弄清楚了如何保持密度的可比性。化学世界,列出了燃料在增加推动火箭的比冲时必须满足的其他几种化学要求。他强调了控制温度的问题,这在20世纪50年代是一个更大的挑战,当时火箭主要由钢铁建造,因此比今天的高温镍合金和配套的复杂冷却系统更容易燃烧。摩根负责进入轨道的发动机是通过在发动机和喷嘴上循环燃料来“再生冷却”的,所以燃料也需要是一种有效的冷却剂。
考虑到所有的联锁要求,火箭和推进剂通常是串联设计的。那么,为什么摩根就像她的同事们认为的那样,被委以改造火箭燃料的任务,不仅要满足操作要求,还要提高火箭的性能?
美国已经在沃纳·冯·布劳恩(Werner von Braun)获得了火箭科学方面的重要资产。冯·布劳恩在第二次世界大战期间曾负责为纳粹开发射程超过300公里的V2导弹。他的专业知识使他在战争结束时处于一个脆弱的位置,当时纳粹热衷于消灭任何可能对敌人有利的情报。幸运的是,美国认识到了他的价值,并让他致力于提高导弹技术的性能。冯·布劳恩从小就怀有征服太空的梦想,他进入轨道的最佳机会是他的木星C火箭,它的A-7引擎是由V2改造而来的。发动机运行在乙醇和水的混合物作为燃料和液态氧(称为lox)为氧化剂,尽管强大,即使是专业的冯·布劳恩和他的团队只能得到足够的特定脉冲从发动机推进剂让它93.1%的轨道。尽管专注于武器应用,美国军方还是有足够的兴趣转向北美航空,在那里,摩根在复杂的理论计算上的声誉让她找到了一个“有毒的圣杯”,为火箭寻找更好的推进剂。在人造卫星发射之后,委员会的紧迫感增强了。
虽然Cantwell描述她的任务是“对所有可用推进剂的搜索”,他补充说,可用燃料和氧化剂的清单是(而且是)非常有限的。在过去的60年里,除了推动更“绿色”的技术外,火箭推进剂几乎没有什么变化,而且推进剂的化学成分也没有改变。摩根将她的注意力集中在燃料方面,这一策略可能与她的上司的建议相悖,尽管当她发现了成功的组合时,她的上司很高兴得到了赞扬。
很快就清楚了,没有现成的燃料可以和液氧一起工作,给A-7更多的动力,所以摩根开始寻找化合物,她可以与不对称二甲基肼(UDMH)混合,以增加它的密度和性能。纯联氨是一种氮基燃料,威力强大,但其冰点相对较高,约为2°C。为了方便摩根苏联人已经设计出了威力相当但冰点更低的UH然而,这种密度与A-7的燃料箱容量无关。Morgan提到了二乙三胺(DETA),它与偏二甲肼混溶,但密度更高。摩根有个古怪的想法,把60:40 UDMH和DETA的混合物命名为“百吉饼”,这样推进剂就会被称为“百吉饼和熏鲑鱼”,更清醒的军方否决了这个想法,将它命名为hydyne。
从那时起,关于“探索者1号”的新闻报道中就充斥着冯·布劳恩的照片。冯·布劳恩因发明了发射第一颗美国卫星的火箭而广受赞誉。尽管没有摩根的燃料,他的火箭不可能到达那里,但即使在航天专家中,也几乎没有人听说过她。部分原因可能是项目的机密性。二战的秘密延续到上世纪50年代的冷战时期,紧张局势加剧,麦卡锡主义文化加剧了人们的恐惧。然而,这并没有减弱人们对冯·布劳恩贡献的关注。
正如许多认识她的人所说,摩根极力保护自己的隐私。“她有意避免自己本来可以出名的名声,在她工作的时候打电话给保安生活她的儿子、传记作家乔治•摩根(George Morgan)回忆道。自2004年母亲去世以来,摩根一直在执行一项任务,要让母亲从历史编年史上消失。他的舞台剧火箭的女孩关于他母亲生活的传记于2008年在加州理工学院首演,他关于母亲的传记于2013年出版。
在媒体的眼里,工程师是无名小卒
尽管他从小就对火箭充满热情,但他对母亲的成就一直一无所知,直到14岁左右,他的父亲(也曾在北美航空公司工作)不经意地把一句话插进了谈话。“你知道,你母亲发明了火箭燃料,让美国发射了第一颗卫星,对吧?”他记得父亲是这么说的。事实上,他的母亲非常善于向孩子们保守秘密,直到她去世后不久,才有消息传出,他们在战争期间有一个非婚生的同父异母的妹妹。多亏了摩根的保密和北美航空公司糟糕的记录,当乔治·D·摩根向洛杉矶时报,他们拒绝刊登。根本没有足够的文件来支持这些说法。
当时还有一个明显的性别偏见问题(谁会想把美国的太空荣耀归功于一位女性?),但乔治·摩根(George Morgan)引用了第四个因素。太空时代的故事大多围绕宇航员和吉恩·克兰兹(Gene Krantz)和沃纳·冯·布劳恩(Wernher von Braun)等少数领袖展开。他说,在媒体眼中,工程师是无名小卒化学世界。“比如,你很了解埃隆·马斯克,但你对他的首席火箭工程师汤姆·穆勒了解多少?””
Hydyne没有被用于未来的火箭,当你考虑到每个火箭项目都必须面对的复杂的外部环境时,这个遗漏就不那么引人注目了。然而,它在“探索者1号”发射中的作用,为美国太空任务的辉煌时代奠定了基础。摩根并没有消失得无影无踪,他留下的遗产应该会在未来的岁月里激励一代又一代的女孩和男孩。
安娜·戴明是英国布里斯托尔的一位科学作家
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