アーサー・カントロウィッツ

アーサー・ロバート・カントロウィッツ（1913年10月20日 - 2008年11月29日）は、アメリカの科学者、技術者、教育者であった。

カントロウィッツはブロンクスで育ち、デウィット・クリントン高校を卒業した。^[1]彼はコロンビア大学で物理学の学士号、修士号を取得し、1947年に博士号を取得した。^{[2] [3]}

カントロウィッツは1913年10月28日にニューヨーク市で生まれた。母親は衣装デザイナーで、父親はブロンクス区で診療所を経営していた。子供の頃、アーサーは兄のエイドリアン（後に米国初の心臓移植手術を行う）と協力して、古いラジオの部品から心電計を作った。 ^[4]

コロンビア大学大学院在学中、カントロウィッツは1936年にアメリカ航空諮問委員会（NACA）の物理学者として働き始め、この仕事は10年間続きました。博士号取得中、カントロウィッツはエドワード・テラーの指導を受けました。^[5] 1938年、彼は拡散抑制装置の構築を開始しました。これは、稼働中の核融合発電炉を建造する最初の試みとして知られています。この名前は目的を隠すために意図的に付けられたものでしたが、最終的に発覚し、資金提供は取り消されました。

彼はその後10年間コーネル大学で教鞭をとり、1955年にマサチューセッツ州エバレットにアブコ・エバレット研究所（AERL）を設立した。彼は衝撃波管を開発し、軌道速度からの大気圏再突入をシミュレートするために必要な非常に高温のガスを生成できるようになった。これにより、大気圏再突入時の重大なノーズコーン加熱問題が解決され、回収可能な宇宙船の開発が加速された。彼は1978年にダートマス大学の教授に就任するまで、AERLの所長、最高経営責任者、会長を務めた。1956年から1978年まで、アブコ・コーポレーションの副社長兼所長も務めた。

カントロウィッツの流体力学と気体力学の分野における学際的な研究は、磁気流体力学の分野への貢献と、高効率で高出力のレーザーの開発につながった。彼は最初に、地上のレーザーのエネルギーを使用して排気速度を上げ、推進剤とペイロードの質量比を減らすことで、バルクペイロードを軌道に打ち上げるレーザー推進システムを提案した。^[要出典] 彼のレーザー推進に関する概念は1988年に発表された。^[6]

彼の初期の研究には、40年代前半の超音速拡散器と超音速圧縮機が含まれており、これらはその後ジェットエンジンに応用されています。彼は1939年に高騰する飛行機で使用される全エネルギーバリオメーターを発明し、磁気封じ込め核融合の初期のスキーム（1941年の特許出願）の共同発明者でもあります。1950年に、彼は分子ビーム用の超音速源を生成する技術を発明しました。これはその後、化学者によって研究に使用され、2つのノーベル賞につながりました。^[7]

1960 年代から 1970 年代にかけて、彼は AERL で最初の大動脈内バルーン ポンプの設計と開発を主導しました。バルーン ポンプは一時的な心臓補助装置で、世界中で 300 万人に使用されています。この装置は、彼自身の心不全の治療にも使用されました。

科学へのもう一つの貢献は、よどみ点流実験です。この実験では、新鮮な血液と人工表面との最初の相互作用の過程を、高倍率顕微鏡で直接観察することができます。この技術は、この重要な相互作用を実験的に研究するための重要な方法となり、人工心臓を含むさまざまな循環器の人工器官の開発につながりました。

カントロウィッツは、科学技術を政治やイデオロギーの問題から切り離すことを主張し、1967 年に、公共政策にとって重要な科学的論争における知識の状態を評価するために、科学裁判所と呼ばれる科学的判断のための機関の設立を初めて提案しました。彼は、1975 年から 1976 年にかけて、フォード大統領の科学技術の予測される進歩に関する諮問グループのタスク フォースの議長として、科学裁判所をさらに発展させました。

ジェリー・パーネルによれば、「我々は60年代と70年代にこれらすべて（すなわち大規模な商業宇宙開発）を開発することができたが、我々は別の道を選んだ。アーサー・カントロウィッツはケネディの側近たちに、月への最良の方法は有人宇宙アクセス、フォン・ブラウン有人宇宙ステーションを開発し、開発された宇宙資産を残したまま論理的に月へ向かうことだと説得しようとした。」^[8]

カントロウィッツは、超音速および超音速に近い入口速度における流体チョークポイントの理論的概念の開発で知られています。この概念はカントロウィッツ限界として知られています。^{[9] [10]}

カントロウィッツ限界は、高亜音速および超音速で動作するジェットエンジンやロケットの吸気流のガス力学において多くの用途があります。

2 つの例で、カントロウィッツ限界がノズルに与える影響を説明します。どちらの場合も、質量流量= 入口速度 × 面積 × 密度です。

真空源に接続されたノズルについて考えてみましょう。圧力比が約 2 になると、ノズルを通る流れは局所的な音速に近づき、流れはチョーク流になります。真空の絶対圧力がさらに低下すると、流速は増加しなくなります。これがカントロウィッツ限界です。速度は音速に制限され、面積、入口圧力、密度はすべて固定されているため、質量流量が制限されます。航空機のジェット エンジンはこの制限に大きく影響され、入口流速がマッハ 1 に達すると、エンジンがどれだけ吸引力を生み出しても、質量流量は制限されます。

次に、圧縮空気供給源に接続されたノズルについて考えてみましょう。圧力比が約 2 の場合、流れは詰まって音速を超えることができません。しかし、入口圧力を上げることで密度と結果として生じる質量流量を増やすことができます。圧力が高くなるほど、密度が大きくなり、質量流量も大きくなります。したがって、カントロウィッツは最大ガス速度を制限しますが、質量流量には固定の制限を適用しません。

約 1,000 マイル (1,600 km) 離れた人口密集都市間を高速で移動する最近の高速輸送オプションであるハイパーループでは、カントロウィッツ限界が基本的な設計基準となっています。高速の乗客ポッドを非常に低圧のチューブに通そうとすると、カントロウィッツ流体流量限界に真っ向からぶつかります。歴史的に、限界内で作業するための解決策は、「速く進む」か「ゆっくり進む」かのどちらかでした。ハイパーループ提案の主な革新は、カントロウィッツ限界を下回りながら亜音速で移動するための新しい第 3 のアプローチを提供します。それは、高圧空気を高速輸送カプセルの前部から後部へ能動的に移動させる前端の吸気コンプレッサーを追加し、これにより、チョーク フローの動的衝撃をもたらすはずだった空気の多くをバイパスすることです。カプセルを通る小さなダクト内の流れもカントロウィッツ限界の影響を受けますが、圧力と密度を上げて必要な質量流量を達成することで、この限界が緩和されます。 2013年のハイパーループアルファ設計では、空気吸入ポンプは 時速700マイル（1,100km/h）以上の速度で走行するための低摩擦エアベアリングサスペンションシステムも提供します。 ^[11]

カントロウィッツは、アメリカ芸術科学アカデミー、アメリカ科学振興協会、アメリカ宇宙学会、アメリカ航空宇宙学会（名誉会員）、アメリカ物理学会、アメリカ医学生物工学協会の会員であり、米国工学アカデミー、米国科学アカデミー、国際宇宙アカデミーの会員でもあった。1953年から1954年にかけて、ケンブリッジ大学とマンチェスター大学でフルブライト奨学金とグッゲンハイム奨学金の両方を受給した。

カントロウィッツ氏はロチェスター大学の名誉理事、テクニオン理事会の終身名誉会員、中国武漢の華中理工大学の名誉教授を務めた。また、ナノテクノロジーへの備えを専門とする組織であるフォーサイト研究所の諮問委員会にも所属していた。

カントロウィッツは 21 件の特許を保有し、200 件を超える科学および専門論文や記事を執筆または共著しました。また、プリンストン大学出版局の 1958 年刊行の 「Fundamentals of Gas Dynamics」の共著者でもあります。

カントロウィッツは2008年11月29日、ニューヨークの親戚を訪問中に95歳で亡くなった。前日に心臓発作を起こしていた。 ^[1]

• ハイパーループポッドコンペティション–カントロウィッツ限界を扱う実用的な地上輸送車両のプロトタイプ

• 「航空宇宙関係者および政策立案者の伝記、KN」 。NASA歴史部門。2006 年 9 月 28 日時点のオリジナルよりアーカイブ。2006年8 月 15 日閲覧。
• ジョンソン、ジョン・ジュニア (2008 年 12 月 15 日)。「アーサー・R・カントロウィッツ、1913 年 - 2008 年: 著名な物理学者および発明家」ロサンゼルス・タイムズ: B5。

• 「アーサー・R・カントロウィッツの文書」。ラウナー特別コレクション図書館。ダートマス大学。
• 「アーサー・カントロウィッツ」。伝記。Encyclopedia Astronautica。2003年3月27日時点のオリジナルよりアーカイブ。
• パコモフ、アンドリュー (2008 年 11 月 29 日)。「アーサー・カントロウィッツ、レーザー推進の創始者」。アメリカビームエネルギー推進協会 (AIBEP)。2009 年 2 月 7 日時点のオリジナルよりアーカイブ。
• 「オープン性の武器」。Foresight Background . 4. Foresight Institute . 1989。独裁政権にとって最高の武器は秘密主義だが、民主主義にとって最高の武器はオープン性の武器であるべきだ。—ニールス・ボーア