Arthur Robert Kantrowitz (20 de octubre de 1913 - 29 de noviembre de 2008) fue un científico , ingeniero y educador estadounidense .
Kantrowitz creció en el Bronx y se graduó de la escuela secundaria DeWitt Clinton . [1] Obtuvo su licenciatura, maestría y, en 1947, su doctorado en física en la Universidad de Columbia . [2] [3]
Kantrowitz nació en la ciudad de Nueva York el 28 de octubre de 1913. Su madre era diseñadora de vestuario y su padre dirigía una clínica en el Bronx . De niño, Arthur construyó un electrocardiógrafo a partir de piezas de radio viejas, trabajando con su hermano Adrian (quien luego realizaría el primer trasplante de corazón en los Estados Unidos). [4]
Durante sus estudios de posgrado en Columbia, Kantrowitz comenzó a trabajar como físico en 1936 para el Comité Asesor Nacional de Aeronáutica (NACA), trabajo que continuaría durante diez años. Mientras obtenía su doctorado, Kantrowitz fue supervisado por Edward Teller . [5] En 1938, comenzó la construcción del inhibidor de difusión , el primer intento conocido de construir un reactor de energía de fusión en funcionamiento . El nombre fue elegido deliberadamente para disfrazar su propósito, pero finalmente se descubrió y la financiación fue cancelada.
Durante los diez años siguientes dio clases en la Universidad de Cornell y más tarde fundó el Laboratorio de Investigación Avco-Everett (AERL) en Everett, Massachusetts, en 1955. Desarrolló tubos de choque , que podían producir los gases extremadamente calientes necesarios para simular el reingreso atmosférico desde velocidades orbitales, resolviendo así el crítico problema del calentamiento del cono de la nariz durante el reingreso y acelerando el desarrollo de naves espaciales recuperables. Fue director, director ejecutivo y presidente del AERL hasta 1978, cuando asumió una cátedra en el Dartmouth College . De 1956 a 1978 también se desempeñó como vicepresidente y director de Avco Corporation .
La investigación interdisciplinaria de Kantrowitz en el área de la mecánica de fluidos y la dinámica de gases condujo a contribuciones en el campo de la magnetohidrodinámica y al desarrollo de láseres de alta potencia y alta eficiencia . Fue el primero en sugerir un sistema de propulsión láser para lanzar cargas útiles a granel en órbita, utilizando energía de láseres terrestres para aumentar la velocidad de escape y, de ese modo, reducir la relación de masa entre el propulsor y la carga útil . [ cita requerida ] Sus conceptos sobre propulsión láser se publicaron en 1988. [6]
Sus primeras investigaciones incluyeron difusores supersónicos y compresores supersónicos a principios de los años 40, que desde entonces se han aplicado a los motores a reacción. Inventó el variómetro de energía total en 1939, utilizado en aviones de planeo, y es el co-inventor de un esquema temprano para la fusión nuclear contenida magnéticamente , solicitud de patente, 1941. En 1950, inventó una técnica para producir la fuente supersónica para haces moleculares; esto fue posteriormente utilizado por químicos en investigaciones que llevaron a dos Premios Nobel . [7]
En los años 1960 y 1970, dirigió el diseño y desarrollo en AERL del primer balón de contrapulsación intraaórtico . El balón de contrapulsación es un dispositivo de asistencia cardíaca temporal que se ha utilizado en tres millones de personas en todo el mundo. El dispositivo se utilizó en su propio corazón enfermo.
Otra contribución a la ciencia fue el experimento del flujo en el punto de estancamiento, en el que los procesos de interacción inicial de la sangre fresca que fluye con una superficie artificial se pueden visualizar directamente con un microscopio de alta potencia. Esta técnica se ha convertido en un método importante para el estudio experimental de esta interacción vital y ha dado lugar a una variedad de prótesis circulatorias, incluido el corazón artificial.
Kantrowitz, defensor de la separación de la ciencia y la tecnología de las preocupaciones políticas o ideológicas, propuso por primera vez en 1967 la creación de una Institución para el Juicio Científico, comúnmente conocida como el Tribunal Científico, para evaluar el estado del conocimiento en controversias científicas de importancia para las políticas públicas. Desarrolló aún más el Tribunal Científico como presidente de su grupo de trabajo en el Grupo Asesor del Presidente Ford sobre Avances Anticipados en Ciencia y Tecnología, 1975-1976.
Según Jerry Pournelle , "podríamos haber desarrollado todo esto [es decir, el desarrollo espacial comercial a gran escala] en los años 60 y 70, pero tomamos otro camino. Arthur Kantrowitz intentó convencer a la gente de Kennedy de que la mejor manera de llegar a la Luna era mediante el desarrollo de acceso espacial tripulado, una estación espacial tripulada von Braun y luego a la Luna de una manera lógica que dejara activos espaciales desarrollados". [8]
Kantrowitz es conocido por desarrollar un concepto teórico de puntos de estrangulamiento de fluidos a velocidades de entrada supersónicas y casi supersónicas. El concepto se conoce como el límite de Kantrowitz. [9] [10]
El límite de Kantrowitz tiene muchas aplicaciones en la dinámica de gases del flujo de entrada para motores a reacción y cohetes , tanto cuando operan a altas velocidades subsónicas como supersónicas .
Dos ejemplos explicarán el efecto del límite de Kantrowitz en una boquilla . En ambos casos, el caudal másico es igual a la velocidad de entrada multiplicada por el área multiplicada por la densidad.
Considere una boquilla conectada a una fuente de vacío. A medida que la relación de presión llega a aproximadamente 2, el flujo a través de la boquilla se acercará a la velocidad local del sonido y el flujo se convierte en flujo estrangulado . Cuando la presión absoluta del vacío disminuye aún más, la velocidad del flujo no aumenta. Este es el límite de Kantrowitz, que limita el flujo másico porque la velocidad está limitada a la velocidad del sonido y el área, la presión de entrada y la densidad son todas fijas. Los motores a reacción de los aviones se ven muy afectados por este límite; una vez que la velocidad del flujo de entrada llega a Mach 1, el caudal másico está limitado, independientemente de cuánta succión cree el motor.
A continuación, considere la boquilla conectada a un suministro de aire comprimido. Con una relación de presión de aproximadamente 2, el flujo se obstruye y no puede superar la velocidad del sonido. Pero la densidad y el caudal másico resultante se pueden aumentar aumentando la presión de entrada. Cuanto mayor sea la presión, mayor será la densidad y mayor el caudal másico. Por lo tanto, si bien Kantrowitz limita la velocidad máxima del gas, no aplica ningún límite fijo al caudal másico.
Una opción reciente de transporte de alta velocidad para el tránsito rápido entre pares de ciudades populosas separadas por aproximadamente 1.600 km, el Hyperloop , tiene el límite de Kantrowitz como criterio de diseño fundamental. Intentar pasar una cápsula de pasajeros de alta velocidad a través de un tubo de presión muy baja se encuentra directamente en el límite de flujo de fluido de Kantrowitz. Históricamente, las soluciones para trabajar dentro del límite han sido "ir rápido" e "ir lento". Una innovación importante en la propuesta de Hyperloop proporciona un tercer enfoque novedoso para permanecer por debajo del límite de Kantrowitz mientras se sigue moviendo a altas velocidades subsónicas: agregar un compresor de entrada frontal para transferir activamente aire de alta presión desde la parte delantera a la trasera de la cápsula de transporte de alta velocidad, y así evitar gran parte del aire que habría resultado en el choque dinámico del flujo estrangulado . El flujo en el conducto más pequeño a través de la cápsula también está sujeto al límite de Kantrowitz, esto se alivia aumentando la presión y la densidad para lograr el flujo de masa requerido. En el diseño alfa del Hyperloop de 2013, la bomba de entrada de aire también proporciona un sistema de suspensión con cojinetes de aire de baja fricción para viajar a más de 700 mph (1100 km/h). [11]
Kantrowitz fue miembro de la Academia Estadounidense de las Artes y las Ciencias , la Asociación Estadounidense para el Avance de la Ciencia, la Sociedad Astronáutica Estadounidense, el Instituto Estadounidense de Aeronáutica y Astronáutica (honorario), la Sociedad Estadounidense de Física, el Instituto Estadounidense de Ingeniería Médica y Biológica y miembro de la Academia Nacional de Ingeniería , la Academia Nacional de Ciencias y la Academia Internacional de Astronáutica. Entre 1953 y 1954, obtuvo becas Fulbright y Guggenheim en las universidades de Cambridge y Manchester.
Kantrowitz fue fideicomisario honorario de la Universidad de Rochester, miembro honorario vitalicio de la Junta de Gobernadores de The Technion y profesor honorario del Instituto de Tecnología Huazhong, Wuhan, China. Kantrowitz también formó parte del Consejo Asesor del Foresight Institute , una organización dedicada a la preparación para la nanotecnología .
Kantrowitz poseía 21 patentes y escribió o fue coautor de más de 200 artículos y documentos científicos y profesionales. También fue coautor de Fundamentals of Gas Dynamics (Fundamentos de la dinámica de los gases) , 1958, Princeton Univ. Press.
Kantrowitz murió a los 95 años, el 29 de noviembre de 2008, mientras visitaba a unos familiares en Nueva York. Había sufrido un ataque cardíaco el día anterior. [1]
Se evaluó la capacidad del límite clásico de Kantrowitz para predecir la relación de contracción de reinicio y se demostró que es aplicable para las configuraciones de reinicio/desinicio brusco.
La mejor arma de una dictadura es el secreto, pero la mejor arma de una democracia debería ser el arma de la apertura. —Niels Bohr