Σάμιουελ Πίρποντ Λάνγκλεϊ

Βίος

Γεννήθηκε στο Ρόξμπερι της Βοστώνης στις 22 Αυγούστου 1834.
Παρακολούθησε τα μαθήματα του Λατινικού Σχολείου της Βοστώνης, αποφοίτησε από το Αγγλικό Λύκειο της Βοστώνης, υπήρξε βοηθός στο Αστεροσκοπείο του Χάρβαρντ, και έπειτα έλαβε μια φαινομενική θέση εργασίας ως καθηγητής μαθηματικών στη Ναυτική Ακαδημία των Ηνωμένων Πολιτειών, αλλά για την ακρίβεια εστάλη εκεί για να αποκαταστήσει το μικρό αστεροσκοπείο της Ακαδημίας. Το 1867, έγινε διευθυντής του Αστεροσκοπείου Αλεγκένι και καθηγητής αστρονομίας στο Δυτικό Πανεπιστήμιο της Πενσυλβάνια, γνωστό σήμερα ως Πανεπιστήμιο του Πίτσμπεργκ, μία θέση που κράτησε μέχρι το 1891 ενώ έγινε τρίτος γραμματέας του Ινστιτούτου Σμιθσόνιαν το 1887. Ο Λάνγκλεϊ ήταν ιδρυτής του Αστροφυσικού Αστεροσκοπείου του Σμιθσόνιαν. Το 1888 ο Λάνγκλεϊ εξελέγη μέλος της Αμερικανικής Αρχαιολογικής Εταιρείας. Το 1898, έλαβε το βραβείο Ζυλ Ζανσέν, το υψηλότερο βραβείο της Αστρονομικής Εταιρείας της Γαλλίας.

Αστεροσκοπείο Αλεγκένι

Ο Λάνγκλεϊ έφτασε στο Πίτσμπεργκ το 1867 για να γίνει ο πρώτος διευθυντής του Αστεροσκοπείου του Αλεγκένι, αφού το ίδρυμα περνούσε δύσκολες στιγμές και παραχωρήθηκε στο Δυτικό Πανεπιστήμιο της Πενσυλβάνια. Μέχρι τότε, το τμήμα ήταν σε αταξία – ο εξοπλισμός ήταν σπασμένος, δεν υπήρχε βιβλιοθήκη και το κτίριο χρειαζόταν επισκευές. Μέσω της φιλίας και της βοήθειας του Ουίλιαμ Θόου, ενός κυρίαρχου της βιομηχανίας του Πίτσμπεργκ, ο Λάνγκλεϊ κατάφερε να βελτιώσει τον αστεροσκοπείο και να κατασκευάσει επιπλέον όργανα. Ένα από τα νέα όργανα ήταν ένα μικρό τηλεσκόπιο διέλευσης που χρησιμοποιήθηκε για την παρατήρηση της θέσης των αστέρων καθώς αυτοί διασχίζουν τον ουράνιο μεσημβρινό. Συνέλεξε χρήματα για το τμήμα, μοιράζοντας κυρίως την επίσημη ώρα σε δήμους πόλεων και σιδηροδρομικές εταιρείες. Μέχρι τότε, ο ορθός χρόνος χρησιμοποιούνταν μόνο περιστασιακά σε δημόσια χρήση μέσα από την αποστολή αμερικανικών αστεροσκοπείων. Τα ρολόγια ήταν χειροκίνητα εκείνη την εποχή και ο χρόνος ήταν ασαφής. Ο ακριβής χρόνος δεν ήταν ιδιαίτερα απαραίτητος. Ήταν αρκετό να γνωρίζουμε ότι το μεσημέρι ο ήλιος ήταν ακριβώς πάνω από το κεφάλι. Όλα αυτά μέχρι την εγκατάσταση σιδηροδρομικών γραμμών.
Καθώς οι σιδηρόδρομοι άρχισαν να λειτουργούν, η έλλειψη μονάδων κανονικού χρόνου έγινε επικίνδυνη. Τα τρένα κινούνταν με βάση δημοσιευμένο πρόγραμμα, αλλά ο προγραμματισμός ήταν χαοτικός. Εάν τα ρολόγια ενός μηχανικού και ενός χειριστή κλειδιών διέφεραν ακόμη και λίγα λεπτά, αυτό θα μπορούσε να σημαίνει καταστροφή. Δύο τρένα θα μπορούσαν να βρίσκονται στην ίδια τροχιά ταυτόχρονα και να πέσουν το ένα πάνω στο άλλο.
Χρησιμοποιώντας τις αστρονομικές παρατηρήσεις που ελήφθησαν από το νέο τηλεσκόπιο, ο Λάνγκλεϊ επινόησε ένα ακριβές χρονικό πρότυπο το οποίο έγινε γνωστό ως Σύστημα Χρόνου Αλεγκένι. Αρχικά μετέδιδε σήματα χρόνου στις επιχειρήσεις της πόλης του Αλεγκένι και στον σιδηρόδρομο της Πενσυλβάνια. Τελικά, δύο φορές την ημέρα, τα σήματα του χρόνου Αλεγκένι μετέδιδαν την ορθή ώρα μέσω τηλεγραφικών γραμμών σε όλες τις σιδηροδρομικές γραμμές στις ΗΠΑ και στον Καναδά. Ο Λάνγκλεϊ χρησιμοποίησε τα χρήματα από τους σιδηροδρόμους για να χρηματοδοτήσει το αστεροσκοπείο. Από το 1868 περίπου, τα έσοδα από τον Χρόνο Αλεγκένι συνέχισαν να χρηματοδοτούν το αστεροσκοπείο έως ότου το Αμερικανικό Ναυτικό Αστεροσκοπείο παρείχε τα σήματα δωρεάν το 1883.
Μόλις εξασφάλισε τη χρηματοδότηση, ο Λάνγκλεϊ αφιέρωσε τον χρόνο του στο αστεροσκοπείο στην έρευνα του Ήλιου. Χρησιμοποίησε τις δεξιότητές του (από την πρώτη του δουλειά μέχρι το γυμνάσιο) για να παράγει εκατοντάδες σχέδια ηλιακών φαινομένων, πολλά από τα οποία ήταν τα πρώτα που παρουσιάστηκαν ευρύτερα. Η εξαιρετικά λεπτομερής παρουσίαση μιας ηλιακής κηλίδας το 1873 έγινε κλασικό έργο.
Το 1886, ο Λάνγκλεϊ έλαβε το πρώτο μετάλλιο Χένρι Ντρέιπερ από την Εθνική Ακαδημία Επιστημών για τις συνεισφορές του στην ηλιακή φυσική. Η δημοσίευσή το 1890 των υπέρυθρων παρατηρήσεων στο Αστεροσκοπείο Αλεγκένι στο Πίτσμπεργκ μαζί με τον Φρανκ Ουάσιγκτον Βέρι και τα δεδομένα που συγκέντρωσε από την εφεύρεσή του, το βολόμετρο, χρησιμοποιήθηκαν από τον Σβάντε Αρρένιους για τους πρώτους υπολογισμούς του φαινομένου του θερμοκηπίου. Το 1898, ο Λάνγκλεϊ έλαβε το βραβείο Ζυλ Ζανσέν, το ύψιστο βραβείο της Αστρονομικής Εταιρείας της Γαλλίας.

Έργο στην αεροπορία

Ο Λάνγκλεϊ προσπάθησε να κατασκευάσει ένα λειτουργικό βαρύτερο από τον αέρα αεροσκάφος. Τα μοντέλα του πέταξαν, αλλά οι δύο απόπειρες με αεροσκάφη κανονικής κλίμακας δεν ήταν επιτυχείς. Ο Λάνγκλεϊ άρχισε να πειραματίζεται με μοντέλα και ανεμόπτερα κινούμενα με λαστιχάκια το 1887, αν και δεν μπορούσε να αντιγράψει τα μοντέλα του Αλφόνς Πενώ. Κατασκεύασε έναν περιστρεφόμενο βραχίονα, παρόμοιο με αεροδυναμική σήραγγα και κατασκεύασε μεγαλύτερα ιπτάμενα μοντέλα τα οποία τροφοδοτούνταν από μικρές ατμομηχανές. Ο Λάνγκλεϊ αντελήφθη μέσα από πειράματα πως η σταθερή μηχανοκίνητη πτήση ήταν εφικτή.
Ο Λάνγκλεϊ κατανόησε πως τα αεροσκάφη χρειάζονται ώθηση για να ξεπεράσουν την οπισθέλκουσα, παρατηρώντας πως επιφάνειες με μεγαλύτερη αναλογία είχαν μεγαλύτερη άντωση και χαμηλότερη οπισθέλκουσα.
Η πρώτη του επιτυχία ήρθε στις 6 Μαΐου 1896 όταν το μη επανδρωμένο αεροσκάφος του Number 5 το οποίο είχε βάρος 11 κιλών πραγματοποίησε δύο πτήσεις μήκους 700 μέτρων και 1000 μέτρων μετά από απογείωση με τη χρήση καταπέλτη σε πλοίο στον ποταμό Ποτόμακ. Η απόσταση ήταν δέκα φορές μεγαλύτερη από οποιοδήποτε προηγούμενο πείραμα με βαρύτερη από τον αέρα ιπτάμενη μηχανή, επιδεικνύοντας πως η σταθερότητα και η επαρκής άντωση ήταν εφικτές σε ένα τέτοιο αεροσκάφος.
Στις 11 Νοεμβρίου του ιδίου έτους, το μοντέλο του Number 6 πέταξε για περισσότερο από 1.500 μέτρα. Το 1898, με βάση την επιτυχία των μοντέλων του, ο Λάνγκλεϊ έλαβε χορηγία 50.000$ από το Υπουργείο Πολέμου και 20.000$ από το Ινστιτούτο Σμιθσόνιαν για να αναπτύξει ένα επανδρωμένο αεροσκάφος το οποίο ονόμασε "Aerodrome". Ο Λάνγκλεϊ προσέλαβε τον Τσαρλς Μ. Μάνλι (1876–1927) ως μηχανικό και κυβερνήτη. Όταν ο Λάνγκλεϊ ενημερώθηκε μέσα από τον φίλο του Οκτάβ Σανούτ για την επιτυχία του ανεμόπτερου του 1902 των αδελφών Ράιτ, επιχείρησε να τους συναντήσει, αλλά αυτοί απέρριψαν ευγενικά την πρόταση.
Ενώ το πλήρους κλίμακας Aerodrome σχεδιαζόταν και κατασκευαζόταν, υπογράφηκε το συμβόλαιο για τον κινητήρα εσωτερικής καύσης με τον μηχανικό Στίβεν Μ. Μπάλζερ (1864–1940). Όταν αυτός απέτυχε να κατασκευάσει έναν κινητήρα με τα χαρακτηριστικά ισχύος και βάρους που του ζητήθηκαν, ο Μάνλι ολοκλήρωσε το σχέδιο. Ο κινητήρας αυτός είχε πολύ περισσότερη ισχύ από τον κινητήρα του πρώτου αεροπλάνου των Ράιτ—50 ίπποι εν αντιθέσει με 12 ίππους. Ο κινητήρας, κυρίως το τεχνικό κομμάτι που πραγματοποίησαν οι άνδρες του Λάνγκλεϊ, ήταν πιθανώς η κύρια συμβολή του έργου στην αεροπορία. Η επανδρωμένη μηχανή διέθετε παράλληλες πτέρυγες με στήριξη από σύρματα. Είχε πτέρυγα τύπου Πενώ για τον έλεγχο της κλίσης και της εκτροπής, αλλά χωρίς έλεγχο περιστροφής, ο οποίος εξαρτιόνταν από τη δίεδρη γωνία των πτερύγων για τη διατήρηση του επιπέδου πλεύσης.
Σε αντίθεση με το μοντέλο ελεγχόμενου αεροπλάνου των αδελφών Ράιτ, το οποίο μπορούσε να πετάξει κόντρα σε ισχυρό άνεμο και να προσγειωθεί στο έδαφος, ο Λάνγκλεϊ επιχείρησε με νηνεμία σε νερό στον ποταμό Ποτόμακ. Αυτό απαιτούσε καταπέλτη για απονήωση. Το αεροσκάφος δε διέθετε τροχούς προσγείωσης, και το σχέδιο ήταν το αεροσκάφος να προσυδατωθεί μετά την πτήση επίδειξης εφόσον αυτή ήταν επιτυχημένη. Ειδάλλως, θα ανακατασκεύαζε τη μηχανή. Ο Λάνγκλεϊ εγκατέλειψε το σχέδιο μετά από δύο αποτυχημένες πτήσεις που οδήγησαν σε πτώσεις στις 7 Οκτωβρίου και 8 Δεκεμβρίου 1903.
Στην πρώτη απόπειρα, ο Λάνγκλεϊ ανέφερε πως η πτέρυγα χτύπησε στον καταπέλτη οδηγώντας σε πτώση στον ποταμό. Στη δεύτερη απόπειρα το αεροσκάφος έσπασε μόλις έφυγε από τον καταπέλτη. Ο Μάνλι διέφυγε σώος από τον ποταμό και τις δύο φορές. Ο τύπος δικαιολόγησε τις αποτυχίες, ωστόσο μέλη του Κογκρέσου επέκριναν το έργο.
Το Aerodrome τροποποιήθηκε και πέταξε από τον Γκλεν Κέρτις το 1914, ως μέρος της απόπειρας του να πετάξει με την ευρεσιτεχνία των αδελφών Ράιτ, και ως μία απόπειρα του Ινστιτούτου Σμιθσόνιαν να περισώσει την αεροναυτική φήμη του Λάνγκλεϊ. Ωστόσο, οι πτήσεις του Κέρτις ενθάρρυναν το Σμιθσόνιαν να εκθέσει το Aerodrome στο μουσείο του ως το «πρώτο αεροπλάνο το οποίο κατάφερε σταθερή ελεύθερη πτήση». Η ενέργεια αυτή του Σμιθσόνιαν πυροδότησε ταραχές που διήρκεσαν για δεκαετίες με τον μέχρι τότε ζωντανό εκ των αδελφών Ράιτ, Όρβιλ.
Ο Λάνγκλεϊ δεν κατάφερε να ξεπεράσει την κεντρική καινοτομία των αδελφών Ράιτ σχετικά με τον έλεγχο ενός αεροπλάνου αρκετά μεγάλου ώστε να ελεγχθεί από το βάρος του κυβερνήτη του. Έτσι εάν το Aerodrome πετούσε σταθερά όπως και τα μοντέλα, ο Μάνλι θα βρισκόταν σε κίνδυνο όταν η μηχανή θα έχανε ύψος χωρίς έλεγχο.

Βολόμετρο

Το 1880 ο Λάνγκλεϊ εφηύρε το βολόμετρο, ένα όργανο που χρησιμοποιήθηκε αρχικά για τη μέτρηση της υπέρυθρης ακτινοβολίας. Το βολόμετρο επέτρεψε στους επιστήμονες να ανιχνεύσουν αλλαγή θερμοκρασίας μικρότερη από το 1/100.000 ενός βαθμού Κελσίου. Έθεσε τα θεμέλια για τις μετρήσεις της ποσότητας ηλιακής ενέργειας στη Γη. Το 1881 δημοσίευσε επιστημονικό άρθρο για το θέμα με τίτλο «Το βολόμετρο και η ακτινοβολούμενη ενέργεια». Πραγματοποίησε μία από τις πρώτες προσπάθειες μέτρησης της θερμοκρασίας της επιφάνειας της Σελήνης και η μέτρηση της παρεμβολής της υπέρυθρης ακτινοβολίας από το διοξείδιο του άνθρακα στην ατμόσφαιρα της Γης χρησιμοποιήθηκε από τον Σβάντε Αρρένιους το 1896 στον πρώτο υπολογισμό για μελλοντική αλλαγή του κλίματος από μελλοντικό διπλασιασμό των επιπέδων διοξειδίου του άνθρακα.