4.10 Космос
4.10.068 Космическая ракета Циолковского
Ученый-самоучка, исследователь, изобретатель, общественный деятель, философ-основатель русского космизма, писатель-фантаст; учитель математики в нескольких училищах Калужской губернии и в Калужской трудовой школе; действительный член Русского физико-химического общества, почетный член Русского общества любителей мироведения, почетный профессор Военно-воздушной инженерной Академии им. Н.Е. Жуковского, член Социалистической академии; автор множества научных работ; кавалер орденов св. Станислава и св. Анны, Трудового Красного Знамени за «особые заслуги в области изобретений, имеющих огромное значение для экономической мощи и обороны Союза ССР» — Константин Эдуардович Циолковский (1857—1935) прославился трудами в области аэро- и ракетодинамики, теории самолета и дирижабля.
Циолковский является основоположником современной космонавтики и ракетной техники.
В 10 лет Костя Циолковский переболел скарлатиной и потерял слух. Тогда, наверное, он и услышал музыку небесных сфер, на зов которой шел всю свою жизнь. Из-за глухоты будущий Бетховен космонавтики не смог получить приличного образования и до всего дошел сам — и до своих утопий и до реальных конструкций ракет, на которых можно покорять Вселенную.
Начал свой полет Циолковский с дирижабля. Именно этот аппарат, названный изобретателем управляемым аэростатом, помог ему «войти в тему». В 1885—1892 гг. ученый предложил проект цельнометаллического управляемого дирижабля и построил его работающую модель.
После этого Циолковский занялся аэродинамикой самолета, исследовал влияние формы крыла на величину подъемной силы, вывел зависимость мощности двигателя от сопротивления воздуха, использованные Н.Е. Жуковским при создании теории расчета крыла. В 1911 г. Константин Эдуардович пророчески изрек: «Аэроплан будет самым безопасным способом передвижения».
Циолковский предлагал идеи, которые нашли воплощение лишь спустя много лет. К примеру, он упредил братьев Райт идеей колесного шасси в самолете, предложил осуществлять космическую связь с помощью «параллельного пучка электромагнитных лучей с небольшой длиной волны, электрических или даже световых», т.е. лазера (!), разработал принцип движения на воздушной подушке...
Но не это главное. Главное — что он сотворил то, что до него не создавал еще никто — теорию ракет и космонавтику.
Разработка ракет и исследование космического пространства стали следующим этапом исследований Константина Эдуардовича. Впервые о возможности полета космической ракеты в мировом пространстве 25-летний ученый написал в сочинении «Свободное пространство».
Ракеты — древнейшее изобретение человечества, подсмотренное первыми инженерами у каракатиц и медуз, передвигающихся в воде за счет выброса из себя предварительно набираемой жидкости, т.е. с использованием реактивного принципа.
Сегодня ракетами называют петарды, космические ракеты и вообще любое устройство, движущееся в сторону, противоположную истекающей из него под внутренним давлением струе газов или жидкости. Из школьной программы по физике многие должны помнить Сегнерово колесо.
Реактивный принцип основан на третьем законе Ньютона — действие равно противодействию. При взрыве пороха внутри герметичной камеры образовавшиеся газы разрывают ее — случай гранаты. Если же в камере есть отверстие, сжатый газ устремляется в него и «отталкивает» камеру в противоположную сторону.
Именно это отталкивание ракеты истекающим из нее газом и направляет ее в полет. Сколько времени истекает газ, столько времени ракета и движется плюс инерция полета. Скорость полета ракеты увеличивается еще и за счет расширяющегося конического сопла, исходя из которого, газы оказывают дополнительное давление еще и на стенки этого сопла. Такой механизм позволяет ракете двигаться в безвоздушном пространстве, где аппарату для движения не за что «цепляться» и не от чего отталкиваться.
Первые свидетельства о ракетах можно найти у китайских и античных авторов. Это были всевозможные трубки, «огненные стрелы», модели птиц, в частности деревянные голуби. Как правило, начинкой ракет служил открытый китайцами несколько тысячелетий назад порох.
Простой принцип устройства, его эффективность и, что немаловажно, эффектность издавна привлекала военных. Из достоверных источников известно, что ракетами пользовались воины Чингисхана, Яна Гуса, запорожские казаки, индийские войска, боровшиеся с английскими колонизаторами…
В первой половине XVII в. белорусский инженер К. Семенович впервые предложил принцип пороховой многоступенчатой ракеты.
В России в XIX в. математическую теорию и конструкции ракет разрабатывали офицеры и генералы, инженеры и ученые, озабоченные созданием ракетного оружия, — А.Д. Засядько, И.М. Третесский, Н.С. Соковнин, И.В. Мещерский, К.И. Константинов, Н.И. Тихомиров и др.
Революционер Н.И. Кибальчич накануне казни в тюрьме (1881) разработал первый проект ракетного самолета, о котором стало известно только после Октябрьской революции 1917 г.
На рубеже веков вопросами реактивного движения занимались и многие европейские и американские исследователи. Однако первый теоретический труд в этой области — статья Циолковского «Исследования мировых пространств реактивными приборами» вышел в России в 1903 г.
В своей работе автор впервые доказал, что ракета является тем единственным аппаратом, который способен совершить полет в Космос; рассмотрел схемы ракет дальнего действия и ракет для межпланетных путешествий. Можно сказать, что именно этой статьей был дан старт и самой космонавтике.
Публикация явно опередила время, и осталась незамеченной. Через 10 лет сочинение повторно вышло в журнале «Вестник воздухоплавания», но к этому времени за рубежом многие исследователи предложили свои варианты реактивных звездолетов и заявили о своем приоритете. Тем не менее, благодаря первой публикации первенство осталось за русским ученым.
К 1914 г. Циолковский подробно разработал теорию полета жидко-топливной ракеты переменной массы в атмосфере и в космическом пространстве, а также решил задачу посадки звездолета на поверхность планет, лишенных атмосферы. («Дополнение к «Исследованию мировых пространств реактивными приборами»).
Несмотря на то, что космические идеи Циолковского подхватили некоторые ученые и популяризаторы науки (А.Г. Столетов, Н.Е. Жуковский, В.В. Рюмин, Я.И. Перельман, Н.А. Рынин и др.), труды ученого были оценены только после Октябрьской революции. В 1921 г. ему была назначена персональная пенсия, которая спасла Константина Эдуардовича от голодной смерти и дала ему возможность продолжить свои труды.
Когда ученому было уже за 70, он разработал теорию движения составных многоступенчатых ракет, ставшую базовой основой космонавтики; предложил идею ракеты — искусственного спутника Земли; описал условия жизнедеятельности экипажа звездолета; предложил внеземные космические станции в качестве промежуточных баз для космического корабля; рассчитал оптимальную высоту для полета вокруг Земли — 300—700 км; предложил свою формулу (названную его именем), ставшую главной формулой космонавтики. Согласно ей «конечная скорость ракеты прямо пропорциональна скорости истечения газа и натуральному логарифму отношения начальной массы ракеты к массе ракеты после израсходования топлива». («Космические ракетные поезда», 1929).
Практически все идеи исследователя подтвердились практикой современной космонавтики и нашли воплощение во многих космических проектах. Кроме реализованных у Циолковского было много оригинальных идей, не нашедших своего воплощения.
Например, ученый предлагал производить дозаправку ракет во время полета от ракет-спонсоров. Из 32 стартующих ракет 16, выработав половину топлива, отдавали вторую половину остальным 16-ти, а далее — 8 половину топлива отдавали 8-ми, 4 — 4-ем и т.д., пока не останется 1 ракета.
Априори заняв место одного из самых величайших ученых современности, Циолковский скромно признавался: «Все, что я пишу, конечно, навеяно чтением книг и работами других авторов… Что это так, видно из того, что я готов отречься от приоритета всего, что сообщаю».
P.S. Уже в старости, почти не слышащий ничего Циолковский написал работу «Пение и музыка», увлекся музыкой духового оркестра в загородном саду, особенно Бетховеном. Великие находят друг друга даже через века. По своим творениям.