Научные идеи Константина Циолковского

Дирижабли и Константин Циолковский – это больше 50 лет изучения, 40 научных работ и несколько экспериментальных моделей. Ученый считал, что дирижабли в перспективе смогут заменить собой весь железнодорожный транспорт Советского Союза, облегчив сообщение между самыми дальними его точками. Перед самой смертью Циолковский отправил телеграмму в ЦК ВКП(б), которую закончил словами: «Уверен, знаю – советские дирижабли будут лучшими в мире».

Дирижабли конца XIX века проектировались из прорезиненной ткани, которая быстро изнашивалась, так что срок их службы был небольшим. Другим недостатком была взрывоопасность. Из-за проницаемости ткани водород, которым наполняли аэростаты, быстро улетучивался, а внутрь конструкции проникал воздух, что приводило к образованию гремучего газа, смеси водорода с кислородом. Одна маленькая искра, и вся эта смесь загоралась. Дирижабль просто взрывался.

Циолковский пытался решить эти проблемы. В 1890 году он через Дмитрия Менделеева отправил работу «О возможности построения металлического аэростата» в Императорское Русское Техническое Общество. В ее основе – теория металлической оболочки переменного объема, при которой можно сохранять постоянную подъемную силу при любой высоте полета и температуре. Общество отказало ученому в субсидии с формулировкой: «Аэростат обречен навеки силою вещей остаться игрушкой ветров». Но Циолковский не сдался. Он построил аэродинамическую трубу, сам подготовил модели оболочки аэростата и крылья толстого профиля. Новый толчок исследованиям Циолковского дала случайность. Когда он заменял учителя географии, в кабинете не оказалось глобуса, и Циолковский сделал его для учеников сам из папье-маше. Разрезав пополам бумажную заготовку, ученый заметил, что половинки будущего глобуса свернулись. Так Константин Эдуардович открыл Закон изгибаемости выпуклых поверхностей и сворачиваемости поверхностей вращения. Опыт с папье-маше убедил его, что стягивание металлической оболочки дирижабля не будет сопровождаться большими деформациями. Дирижабль Циолковского гарантировал пожарную безопасность, был гораздо больше и мощнее своих предшественников, его можно было эксплуатировать много раз, а производство требовало меньше времени и денег. Дирижабль, тем не менее, так и не был построен, хотя Циолковский создал несколько маленьких моделей.

В романе фантаста Александра Беляева «Звезда КЭЦ» есть глава «Демон неукротимости». Главные герои летят в Ташкент и в Москве пересаживаются на «полуреактивный стратоплан Циолковского». Этот «стратоплан» – самолет, придуманный Циолковским. Данное писателем описание аппарата поможет представить, как он должен был работать: «Эта машина летела с бешеной скоростью. Три металлические сигары соединены боками, снабжены хвостовым оперением и покрыты одним крылом – таков внешний вид стратоплана. Тоня немедленно ознакомилась с его устройством и объяснила мне, что пассажиры и пилоты помещаются в левом боковом корпусе, в правом – горючее, а в среднем – воздушный винт, сжиматель воздуха, двигатель и холодильник; что самолет движется силой воздушного винта и отдачею продуктов горения».

Автор опирался на статьи Циолковского («К вопросу о летании посредством крыльев», «Аэростат или птицеподобная (авиационная) летательная машина»). Ученый предполагал, что его устройство будет летать в высоких слоях атмосферы, потому что разреженный воздух сможет обеспечить большую скорость. Стратоплан должен был состоять из трех корпусов (иначе говоря, фюзеляжей), соединенных одним крылом. Две крайние кабины закрыты и не выпускают из себя газов, они предназначены для людей и горючего. Средний фюзеляж имеет два отверстия переменной площади: они сужаются с ускорением самолета. Такая конструкция наделяет аэроплан свойствами гидроплана, потому что он сможет взлетать и с гладкой поверхности озер или морей. В качестве одного из преимуществ Циолковский указал: «Пассажиры сохраняют на всех высотах бодрость и здоровье».

У современных самолетов фюзеляж всегда обтекаем, а шасси выдвигаются из-под корпуса перед самой посадкой. Эти идеи тоже были предложены Циолковским, но при жизни ученого они, как и дирижабли, не получили поддержки властей, деятелей науки и инженеров.

Транспортные проекты вообще занимали воображение Циолковского. В 1928 году ученый опубликовал статью «Сопротивление воздуха и скорый поезд», в котором предложил сверхэкспресс – вагон с плоским основанием, без колес, который скользит по ровной площади полотна-пути и способен развивать скорость в 1000 км/ч. Сверхэкспресс Циолковского кажется аналогом современных судов на воздушной подушке. По мнению Циолковского, такой вагон смог бы с разбегу перелетать без мостов широкие реки и даже проливы.

В 1903 году Циолковский опубликовал «Исследование мировых пространств реактивными приборами», где впервые высказал мысль о том, что аппаратом для космических перелетов должна стать именно ракета. Он сразу предложил и первый проект ракеты дальнего действия с продолговатым металлическим корпусом и реактивным двигателем. Циолковский рассматривал два типа соединения ступеней для многоступенчатой ракеты – последовательный и параллельный.

Идея дозаправки ракет прямо во время полета переливанием топлива от ракет-спонсоров тоже принадлежала Циолковскому. Но все не так просто! Не думайте, что это похоже на дозаправку в воздухе, которую в наше время демонстрируют во время смотров авиации военные самолеты. Циолковский предлагал такой вариант: стартует, например, 16 ракет, 8 из них, выработав половину топлива, переливают остаток другим 8. Те, выработав половину, должны разделиться на 4 ракеты, которые продолжат путь, и 4, которые отдадут топливо. Выработавшие топливо ракеты возвращаются на Землю, а путь продолжает в итоге только одна. Этот вариант Циолковский назвал «эскадрильей ракет». В качестве альтернативы сам ученый предлагал «ракетный поезд». В этом случае ракеты соединялись последовательно, одна за другой, но работала и тратила топливо только первая. Когда топливо расходовалось, первая ракета отделялась, ее место занимала вторая, и так по очереди. Первые ракеты как бы тянули за собой весь поезд.

Модель этого космического корабля построена по записям и чертежам Циолковского. Фото: Eric Long, Smithsonian Institution, airandspace.si.edu

Циолковский думал и о космическом лифте, катушка которого двигалась бы со скоростью 11 км/с. Башня высотой в 35 тыс. км должна была буквально «выталкивать» корабли в атмосферу. Правда, дальше идеи дело не пошло: ни один из металлов, известных во времена Циолковского, не смог бы выдержать и сотой доли такой нагрузки.

Циолковский верил, что утопическое общество будущего обязательно сформируется на Земле. План по освоению космоса, изложенный им в «Исследовании мировых пространств реактивными приборами», содержит 16 пунктов, «ступеней развития и преобразования аэропланного дела». Первые из них посвящены технической стороне вопроса – созданию реактивных двигателей, самолетов и ракет. Следующие рассказывали о космическом быте. Циолковский предполагал, что оранжереи в космосе дадут человеку больше независимости от Земли, а внутри космических кораблей проблему углекислого газа решат с помощью специальных мелкорослых растений. Последние пункты плана предполагали покорение космического пространства, расселение человека на другие планеты. Если придерживаться стратегии Циолковского, то нас ждут поселения вокруг Земли, колонии в поясе астероида и на небольших небесных телах, индивидуальное и общественное благополучие, человечество в сто тысяч миллионов раз больше того, что было в начале XX века, а потом – угасание Солнца. После него оставшееся население нашей Солнечной системы удалится к другим солнцам. Циолковский предполагал, что люди будут жить в эфирных городах – жилищно-производственных комплексах, которые можно сразу использовать как транспортное средство.

Научные идеи Циолковского, хоть они часто и рассматриваются отдельно от его философских взглядов, родились на почве «космической философии» – так сам ученый называл направление, которым занимался. Он верил в идею единства человека и Вселенной и считал, что колонизация космоса приведет человечество к совершенству и бессмертию, что именно человек возьмет на себя ответственность за совершенствование всех миров, которые найдет.

Зачастую его работам, действительно, не хватает академической достоверности, они больше похожи на интуитивные предположения и выдумки, и Циолковский-философ, конечно, представляет для современного человека больший интерес, чем Циолковский-ученый. Но влияние этого мечтателя на развитие науки неоспоримо. Школьник Валентин Глушко в 1923 году впервые напишет Константину Циолковскому с просьбой отправить ему копии всех его сочинений. Они будут переписываться еще долго, дубликаты научных трудов Глушко получит, а через 50 лет построит свою «Энергию» – советскую ракету-носитель сверхтяжелого класса. Сергей Королев, тоже поклонник идей Циолковского, спроектирует «Восток», на котором полетит в космос Юрий Гагарин. «Судьба изобретателя – всегда опережать то время и те возможности, в которых он живет», – писал Циолковский. Хорошо, что нашлись люди, способные продолжить и воплотить его фантазии. Мы на середине плана Циолковского по освоению космического пространства, а значит, совершенство человеческого вида и расселение по всей Солнечной системе еще впереди.