Lietuvio patentuotu įrankiu gaminti prietaisai tebėra Mėnulio paviršiuje

09Valkyrie

Suvirinimo sistemų genijaus Gasparo Kazlausko Lietuva nežino, ir panašu, kad net nežinojo. Jo sukurto ir užpatentuoto suvirinimo įrankio dėka pagaminti radioizotopų termoelektriniai generatoriai (RTG) su Apollo 12, 14, 15, 16, 17 buvo nuskraidinti ir visam laikui palikti Mėnulio paviršiuje. 

Saulius Lapienis

Apollo 13 į Mėnulį taip pat skraidino analogišką generatorių, tačiau misija buvo nesėkminga, nes skrydžio metu susprogo deguonies bakas ir astronautai nebegalėjo nusileisti Mėnulio paviršiuje, todėl avariniu būdu grįžo atgal į Žemę. Pagalbinis Mėnulio modulis, kuriame buvo RTG, nukrito į Tonga įdubą Ramiajame vandenyne, į pietus nuo Fidži salos, kur iki šiol guli maždaug 6,9 km gylyje tiksliai nenustatytoje vietoje.

Pasaulyje populiariame tinklalapyje „Atsakymų skrynia“ (angl. answerbag) galima rasti tokį klausimą: „Kas išrado orbitalinį** vamzdžių suvirinimą?“ Ten pat pateikiamas ir atsakymas: „Orbitalinio vamzdžių suvirinimo galvutės išradėjas yra Gasparas Kazlauskas. 1960 metais, išradimo sukūrimo metu jis dirbo vyresniuoju mechanikos dizaino inžinieriumi „Šiaurės Amerikos aviacijos“ kompanijoje. Jo sukurtas suvirinimo įrankis buvo naudojamas „Papildomo atominio elektros šaltinio sistemos“ (angl. System for Nuclear Auxiliary Power, SNAP) projekte“. (Aut. pastaba: kai kuriuose literatūros šaltiniuose naudojama sąvoka Space Nuclear Auxiliary Power.)

Gasparo Kazlausko biografija

G. Kazlauskas gimė 1922 m. gruodžio 10 dieną, gyveno bei dirbo Los Andžele, Kalifornijoje, kur mirė 2009 m. gegužės 24 dieną. Deja, beveik visuotinai skaitmeniniame amžiuje G. Kazlausko nuotraukos internete man rasti nepavyko.

09Valkyrie
Branduoline energija varomas bombonešis XB-70 „Valkyrie“

G. Kazlauskas dirbo „Šiaurės Amerikos aviacijos“ (angl. North American Aviation, NAA) kompanijoje vyresniuoju mechanikos dizaino inžinieriumi ir užsiiminėjo kontaktiniu suvirinimu. NAA buvo pagrindinė aerokosminės technikos gamintoja JAV, pagaminusi ne vieną istorinį lėktuvą:
treniruočių lėktuvą Teksaso T-6, naikintuvą Mustang P-51, naikintuvą-bombonešį Mitchell B-25, reaktyvinį naikintuvą Sabre F-86, lėktuvą su raketos varikliu X-15, branduoline energija varomą bombonešį XB-70, taip pat Apollo valdymo ir pagalbinius modulius, raketos Saturnas-V antrąją  pakopą, daugkartinį kosminio skraidymo erdvėlaivį (angl. Space Shuttle) ir bombonešį B-1 „Lancer“. Kompanijos istorija vėliau klostėsi taip, kad ji perėjo „Rockwell International“ žinion, o dabar yra „Boeing“ dalis.

Dirbant NAA G. Kazlauskui buvo pavesta sukurti suvirinimo įrenginį, reikalingą „Papildomo atominio elektros šaltinio sistemos“ arba SNAP 1/2 projektui. Reikėjo pagaminti glaudžiai suspaustų D-formos skerspjūvio vamzdelių ryšulį. Vamzdelių skersmuo viršutinėje dalyje buvo 71,12 cm, apatinėje – 35,56 cm, o ilgis – 3,048 metro. Aplinkos, kur vamzdelių viduje buvo +426°C karštumo natris, o išorėje laikėsi –240°C kosminis šaltis, sandūroje prasidėdavo reakcija, kurios metu buvo gaunama elektra.

aparatas
Orbitalinio suvirinimo aparatas

G. Kazlausko išrasto įrenginio pagalba buvo galima suvirinti vamzdelius tiesiog ryšulyje. Vėliau inžinierius buvo paskirtas dirbti branduoline energija varomo bombonešio XB-70 programoje. 1958 m. buvo numatyta pagaminti 60 šių aparatų, vėliau jų skaičius buvo sumažintas iki 11, o 1960 m. tebuvo reikalingi du. Pirmojo bombonešio XB-70 „Valkyrie“ skrydis įvyko 1964 m. rugsėjo 21 dieną, o 1965 m. spalio 14 d. buvo pasiektas tris kartus didesnis už garso greitis. Antrasis bombonešis pirmą kartą skrido 1965 m. liepos 17 dieną, tačiau dėl NASA persekiojimo (chase) lėktuvo F-104N bendrų skraidymų metu 1966 birželio 8 d. padarytos klaidos, „Valkyrie“ patyrė katastrofą.

NASA kurį laiką dar vykdė eksperimentinius skrydžius su pirmuoju bombonešiu, tačiau 1969 m. vasario 4 d. jis buvo perkeltas į muziejų. Vienintelį išlikusį bombonešį XB-70 galima pamatyti Nacionaliniame JAV karinių oro pajėgų muziejuje Deitone, Raito Petersono karinių oro pajėgų bazėje Ohajo valstijoje.

Nepaisant XB-70 programos sumažinimo, G. Kazlauskas ir toliau tobulino orbitalinio suvirinimo techniką. Jis sumažino įrangą taip, kad buvo sukurta šiandien visame pasaulyje žinoma orbitalinio suvirinimo galvutė.

Tinklalapio „Suvirinimo istorija“ (www.weldinghistory.org) skyriuje „Didieji pasaulio suvirintojai“ greta pasaulinio lygio garsenybių – metalurgijos istorijos studijų knygos ir pirotechnikos autoriaus (1540 m.) italo V. Biringučio (Vannoccio Vincenzio Austino Luca Biringuccio), suvirinimo aparato išradėjo (XIX a. vid.) ukrainiečio N. Benardos (Nikolai Nikolaevich Benardos), kontaktinio suvirinimo išradėjo (1885 m.) anglo E. Tomsono (Elihu Thomson), termitinio suvirinimo išradėjo (1899 m.) vokiečio J. Goldšmidto (Johann Wilhelm Goldschmidt), lankinio suvirinimo išradėjo (1942 m.) amerikiečio R. Meredito (Russell Meredith), nikelio litavimo (1951 m.) tėvu vadinamo amerikiečio R. Pyzlio (Robert Peaslee) – pateikta ir orbitalinio suvirinimo galvutės išradėjo (XX a. 6-asis dešimtmetis), lietuvišką pavardę turinčio amerikiečio G. Kazlausko, biografija.

Valkyrier muziejuje
„Valkyrie“ Nacionaliniame JAV karinių oro pajėgų muziejuje Deitone, Raito Petersono karinių oro pajėgų bazėje Ohajo valstijoje

Amerikos suvirintojų draugijos 2010 m. išleistame apdovanojimų kataloge nurodoma, kad išradėjui G. Kazlauskui 1972 ir 1973 metais buvo įteikti AIRCO suvirinimo apdovanojimai, kasmet skiriami už naujų produktų originalumą ir inovacijas taikant suvirinimo techniką.

 Orbitalinis suvirinimas, RTG ir SNAP

Iki 1960 m. egzistavusios suvirinimo priemonės netenkino viršgarsinių lėktuvų hidraulinių sistemų sujungimo kokybės reikalavimų lėktuvuose, skraidančiuose garso greičiu. Buvo nuolat aptinkami defektai. Suvirinimo priemonės, virinančios ratu ar apskritimu, buvo labai didelės, stacionariai įrengtos patalpose, jų nebuvo galima naudoti už fabriko ribų. Elektrodai turėjo keletą kartų liesti ir kaitinti suvirinimo siūlę. Visa tai privertė aeronautikos ir kosmoso pramonę pateikti užsakymą sukurti efektyvesnį – orbitalinį – suvirinimą. Nuolatiniai patobulinimai, vykdyti apie 1960 metus, pramonei davė kompaktišką, portatyvinį, automatizuotą, vienu lietimu virinantį orbitalinio suvirinimo įtaisą. Nuo tada orbitalinis suvirinimas naudojamas įrengimų ir medžiagų gamybai, kurios taikomos aeronautikos ir kosmoso, laivų statybos, automobilių, biotechnologijos, chemijos technologijų, farmacijos ir maisto pramonei. Orbitalinis suvirinimas naudojamas puslaidininkių pramonėje „švarių patalpų“ komponentų gamybai, taip pat sunkiosios pramonės įrengimų, kuriuose yra metaliniai vamzdžiai ir vamzdeliai, gamyboje.

1955 m. buvo pradėti rimti branduolinės energijos panaudojimo kosmose moksliniai tyrimai. Šių pastangų dėka atsirado pirmieji radioizotopiniai termoelektriniai generatoriai (RTG), iš esmės atominės elektrinės, specialiai sukonstruotos kosmoso ir specialios paskirties užduotims Žemėje vykdyti. Radioizotopiniuose termoelektriniuose generatoriuose iš natūraliai vykstančio radioaktyvaus skilimo gaunama šiluma paverčiama į elektros energiją. RTG funkcionuoja pagal termoelektros principą, kai šiluma tiesiogiai paverčiama į elektrą. Šį principą 1821 m. atrado vokiečių mokslininkas Tomas Zebekas (Thomas Johann Seebeck). Jis pastebėjo, kad uždarame kontūre, kai dviejų skirtingų metalų sandūroje yra palaikoma skirtinga temperatūra, atsiranda elektros srovė. Tokios metalų poros yra vadinamos termoelektrinėmis poromis arba termoelementais. 1960 m. JAV pradėjo vykdyti „Papildomo atominio elektros šaltinio sistemos“ programą, kurią sudarė eksperimentiniai radioizotopiniai termoelektriniai generatoriai ir kosminiai branduoliniai reaktoriai. Nelyginiais numeriais JAV yra numeruojami radioizotopiniai termoelektriniai generatoriai, o lyginiais – kompaktiški branduoliniai reaktoriai. Jau minėjome, kad prie pirmųjų SNAP-1 ir 2 atsiradimo prisidėjo ir G. Kazlausko išradimas (SNAP-1 nebuvo išplėtotas ir dėl to neįdiegtas kosminiuose aparatuose). Renkino cikle*** buvo naudojamas ceris-144, gyvsidabris – kaip šilumos pernešimo skystis, kuris sėkmingai veikė 2500 valandų. Bandomasis reaktorius SNAP-2 buvo antrasis pagamintas SNAP grupės reaktorius. Šio prietaiso kuras buvo urano-cirkonio hidridas, reaktoriaus projektinė galia – 55 kilovatai. Tai buvo pirmas modelis, naudojamas skrydžio valdymo bloke, bandymai vyko nuo 1961 m. balandžio iki 1962 m. gruodžio. 1961 m. pirmą kartą RTG buvo įdiegtas JAV karinio jūrų laivyno tranzito navigacijos palydove. Šio RTG, kuriam buvo suteiktas SNAP-3 pavadinimas, elektrinis galingumas tesiekė 2,7 vato. Tačiau svarbiausia šioje istorijoje buvo tai, kad RTG dar veikė 15 metų. Po SNAP-3 paleidimo RTG tapo neatskiriama JAV kosmoso programos dalimi.

Be RTG dar yra naudojami radioizotopiniai šildytuvai (radioisotope heater units, RHU). Jie buvo naudoti Apollo 11 misijoje, „Pioneer 10/11“, „Voyager 1/2“, „Galileo“ ir „Cassini“ laivuose. Trys maži RHU buvo įdiegti į NASA kosminį aparatą „Mars Pathfinder“, kuris 1996 m. gruodžio 4 d. paleistas į Marsą.

Mažos galios RTG buvo skirti papildyti kosminių aparatų pagrindinius nebranduolinius maitinimo šaltinius, bet, technologijai patobulėjus, jie pradėjo atlikti pagrindinio maitinimo šaltinio funkciją. Šiandien erdvėlaiviai, kuriuose yra įdiegti RTG, skrieja aplink Saulę ir Žemę, tyrinėja planetas už Saulės sistemos ribų. RTG taip pat yra nuleisti Marse ir Mėnulyje (5 vienetai).

Apollo eksperimentai Mėnulio paviršiuje

11apollo
Pirmasis radioizotopinis prietaisas Mėnulio misijose buvo radioizotopinis šildytuvas, įdiegtas pirmalaikių Apollo mokslinių eksperimentų komplekte (angl. Early Apollo Surface Experiments Package, EASEP), kurį darbui paruošė ir visam laikui Mėnulyje paliko Apollo 11 astronautas Bazas Oldrinas (Buzz Aldrin). Šildytuvą Apollo 11 misijai pagamino kompanija „Bendix“ dar 1966 m. lapkričio 5 dieną. Jis buvo naudojamas seisminių eksperimentų prietaiso elektronikos dalims apšildyti. Per 340 valandų trunkančią Mėnulio naktį temperatūra nukrisdavo iki 173°C, todėl 15 vatų (W) šildytuvas palaikydavo –54°C, t. y. minimalią minusinę temperatūrą, kuriai esant elektronika dar galėjo veikti. Šildytuvo skersmuo buvo 7,6 cm, aukštis – 7,6 cm, jis svėrė 57 gramus, įskaitant apsauginių medžiagų šarvą. Seismografas svėrė 45 kilogramus. Beje, jis veikė tik 21 dieną, nes karštą saulėtą dieną atsijungė dėl perkaitimo. Įdomumo dėlei reikėtų pasakyti, kad nesudėtingos konstrukcijos seismografas buvo toks jautrus, jog galėjo fiksuoti miegančio Neilo Armstrongo judesius.

10apollo
Pradedant Apollo 12 misija, į Mėnulį buvo gabenami Mėnulio paviršiaus Apollo eksperimentų komplektai (angl. Apollo Lunar Surface Experiment Package, ALSEP), kurių veikimui buvo naudojami SNAP-27 su juose įdiegtais RTG, galima sakyti, su atominėmis baterijomis. Jose esantys vamzdeliai suvirinti naudojant orbitalinio suvirinimo techniką.

Pirmalaikių Apollo mokslinių eksperimentų komplekto (EASEP su RHU) ir Mėnulio paviršiaus Apollo eksperimentų komplektų (ALSEP su RTG), skraidintų ir paliktų Mėnulyje, sąrašas

Misija

Apollo 11

Apollo 12

Apollo 13****

Apollo 14

Apollo 15

Apollo 16

Apollo 17

Emblema

 appolo11  appolo12  appolo13  appolo14  appolo15  appolo16  appolo17

Nusileidimo data

1969 m.

liepos 20 d.

1969 m.

lapkričio 19 d.

**** 1970 m.

balandžio 15 d.

buvo arčiausiai Mėnulio – 254 km.

Dėl avarijos sugrįžta į Žemę

1971 m.

vasario 5 d.

1971 m.

liepos 30 d.

1972 m.

balandžio 21 d.

1972 m.

gruodžio 11 d.

Komplekto

vieta Mėnulyje

Ramybės jūra

Š 0,6735°;

R 3,4730°

Audrų vandenynas

P 3° 0′ 44,60“;

V 23° 25′ 17,65“

Fra Mauro aukštuma

P 3° 38′ 43,08″;

V 17° 28′ 16,90″

Netoli

Apeninų kalnų

Š 26° 7′ 55,99″;

R 3° 38′ 1,90″

Dekarto aukštuma

P 8° 58′ 22,84″;

R 15° 30′ 0,68″

Tauro-Litrovo slėnis

Š 20° 11′ 26,88″;

R 30° 46′ 18,05″

Komplekto vieta Žemėje

Didysis (Ramusis) vandenynas,

Tonga įduba,

6,9 km gylis

Komplektas

EASEP

ALSEP

Komplektoveikimo trukmė ir išjungimo data

Savaime išsijungė 1969 m.

rugpjūčio 25 d.

2 metai.

Išjungtas 1977 m. rugsėjo 30 d. nuotoliniu būdu

Nebuvo pajungtas

Numatytas veikimo laikas – 2 metai. Veikė 5–8 metus iki 1977 m. rugsėjo 30 d., kai NASA elektrines išjungė nuotoliniu būdu

Jėgainės tipas

Šiluminė – ALRHU

Elektrinė – SNAP-27 RTG

Galia

2×15 W

Elektrinė galia

63–73 W, 16 V DC

Nebuvo pajungtas

Elektrinė galia 63–73 W, 16 V DC

Lietuvio patentai

 G. Kazlauskas yra 25 patentų autorius, iš jų 23 priklauso B23K technologijų grupei „Litavimas ar atlitavimas; suvirinimas; plakiravimas arba padengimas litavimo ar suvirinimo būdu; pjovimas kaitinimu vietoje, pvz., pjovimas liepsna; metalo apdirbimas lazerio spinduliu“. Žymiausiu ir reikšmingiausiu G. Kazlausko patentu laikomas 1968 m. liepos 30 d. išduotas patentas Nr. US 3395262 „Kazlausko išorinio suvirinimo galvutė“. Taip pat labai vertingas yra 1968 m. rugsėjo 3 d. išduotas patentas Nr. US 3400237 „Kazlausko suvirinimo galvutė“, kuriame aprašoma autogeninio suvirinimo (angl. melt-through) technika.

Iš viso G. Kazlausko patentais pasinaudojo tokios pasaulyje žinomos kompanijos, kaip „Astro-Arc“, „Boeing“, BASF, „Cajon“, ESAB, „Delphi“, „D. L. Ricci“, „Eisenmann“, „Framatome“ („Areva“ ir „Siemens“), „General Electric“, „Kobe steel“, „Magna“, „Magnatech“, „Mantra“, „Minesota Mining and manufacturing“ (dabar 3M), NASA, „Norsk Hydro“, „O. J. Pipelines“, „Saipem“, „Swagelok“, „Tri Tool“, „United technologies“, „Westinghouse Electric“ ir kitos.

Vien tik 1983 m. vasario 8 d. G. Kazlauskui išduotu patentu Nr. US 4373125 „Vamzdžių suvirinimo aparatas“ pasinaudojo 33 pasaulinio garso korporacijos iš Indijos, Italijos, Jungtinės Karalystės, Japonijos, JAV, Kanados, Norvegijos, Olandijos, Pietų Korėjos, Švedijos, Šveicarijos ir kitos.

Gaparo Kazlausko patentų sąrašas

Išdavimo data

Nr.

Patento bendraautoriai

Cituota

(kartai)

Techno-logija

Patento savininkas

1968 07 30

US3395262

4

B23K

North American Rockwell Corp.

1968 07 30

US3395263

2

B23K

North American Rockwell Corp.

1968 09 03

US3400237

4

B23K

G. Kazlauskas

1972 08 29

US3688069

9

B23K

G. Kazlauskas

1972 11 14

US3702913

M. E. Gedgaudas*

15

B23K

Astro-Arc Co.

1972 11 14

US3702915

E. P. Vilkas

2

B23K

Astro-Arc Co.

1973 12 04

US3777115

13

B23K

Astro-Arc Co.

1974 09 10

US3835286

1

B23K

Astro-Arc Co.

1982 12 21

US4365132

V. J. Jusionis ir kt.

19

B23K

Messer Griesheim Industires Inc.

1983 02 08

US4373125

20

B23K

Messer Griesheim Industires Inc.

1983 04 12

US4379963

4

B23K

Messer Griesheim Industires Inc.

1983 10 04

US4408112

6

B23K

Messer Griesheim Industires Inc.

1984 01 24

US4427868

6

B23K

Messer Griesheim Industires Inc.

1984 10 09

US4476367

11

B23K

Messer Griesheim Industires Inc.

1985 08 27

US4538046

12

B23K

Messer Griesheim Industires Inc.

1985 11 19

US4554429

3

B23K

G. Kazlauskas

1985 12 03

US4556774

8

B23K

G. Kazlauskas

1987 03 10

US4649250

8

B23K

G. Kazlauskas

1987 11 03

US4703698

8

B61B

G. Kazlauskas

1988 02 23

US4726300

9

E01BT

G. Kazlauskas

1988 08 09

D297144

1

B23K

G. Kazlauskas

1989 05 07

US4810848

5

B23K

G. Kazlauskas

1989 08 15

US4857690

4

B23K

G. Kazlauskas

1990 01 30

US4896812

12

B23K

G. Kazlauskas

1990 05 30

GB2225268

1

B23K

G. Kazlauskas

G. Kazlausko patentai kituose autorystės dokumentuose yra cituojami beveik 200 kartų.

Po vieną bendrą patentą su G. Kazlausku turi trys lietuvių kilmės amerikiečiai – Vytautas J. Jusionis, Eugene P. Vilkas ir Mindaugas E. Gedgaudas, o ketvirtasis – Linas A. Martinėnas – savo patente „Mažų matmenų vamzdelių suvirinimo aparatas“ (Nr. US 5841089, 1998-11-24) rėmėsi trimis G. Kazlausko patentais. Beje, M. E. Gedgaudas yra automatinio orbitalinio suvirinimo srities lyderės „Arc Machines Inc.“ (AMI) prezidentas. Jo kompanijos suvirinimo įrengimais buvo suvirinamos JAV erdvėlaivių kuro talpos, už tai kompanija AMI yra gavusi „Lockheed Martin“ padėką. AMI yra suvirinusi Brazilijos-Kinijos Žemės resursų stebėjimo palydovo CBER-2 kuro tiekimo sistemą. Pažymėtina, kad kompanija atlieka greičiausio verslo klasės lėktuvo Citation X („Cessna Aircraft Co.“) hidraulinių ir kuro tiekimo sistemų iš titano vamzdelių suvirinimo darbus.

Inžinieriaus G. Kazlausko istorija yra tikras pavyzdys. Kuriant instrumentą tarpplanetinių kosminių skrydžių įrangai pagaminti, išradėjo atlikti darbai vėliau pasitarnavo ne tik kosmoso pramonei, karinių ir civilinių lėktuvų kūrimui ir gamybai, bet ir daugybei kitų pramonės sričių. Ateityje tokių istorijų žurnalo skaitytojams pateiksime dar ne vieną. Inžinieriaus G. Kazlausko istorija yra labai pamokanti, kaip kuriant instrumentą tarpplanetinių kosminių skrydžių įrangai pagaminti išradėjo darbai vėliau pasitarnavo ne tik kosmoso pramonei, karinių ir civilinių lėktuvų kūrimui bei gamybai, bet ir daugybei kitų pramonės sričių. Ateityje tokių istorijų žurnalo skaitytojams pateiksime dar ne vieną.

______________________

* Pilotuojama Apollo 1 misija baigėsi tragiška astronautų žūtimi, o po šios katastrofos vykusios AS-202, AS-203 ir Apollo 4, 5, 6 misijos buvo nepilotuojamos. Apollo 18 misija, kai Žemės orbitoje buvo susijungta su SSSR laivu Sojuz 19, nebuvo skrydis į Mėnulį.
** Orbitalinis suvirinimas yra automatizuoto lankinio suvirinimo metodas, kurio metu suvirinimo lankas juda ratu aplink apvalų suvirinimo objektą, o pats suvirinimo objektas išlieka nejudrus. Tokiu metodu suvirinami vamzdžiai, kurių skersmuo yra nuo kelių milimetrų iki kelių centimetrų.
***Renkino ciklas – garo mašinos teorinis termodinaminis ciklas, susidedantis iš keturių pagrindinių operacijų: skysčio išgaravimo, esant aukštam slėgiui, garų išsiplėtimo, garų kondensacijos, skysčio slėgio padidėjimo iki pradinės reikšmės.

Literatūra

Steven Aftergood, Background on Space Nuclear Power, Science &Global Security, 1989, vol. 1, pp. 93-107

George D. Cremer, ALSEP SNAP-27 RTG Beryllium assembly (Apollo 12), San Diego, California

The role of Nuclear Power and Nuclear Propulsion in the Peaceful Exploration of Space, IEAA, Vienna, 2005

Straipsnis parengtas įgyvendinant Europos socialinio fondo bei Švietimo ir mokslo ministerijos remiamą projektą „Mokslininkų vietinio ir tarptautinio bendradarbiavimo skatinimas bei kompetencijų ugdymas“.

Apie šį projektą

Šią publikaciją parengė „Aviacijos pasaulis”

aviacijos_pasaulis_logo