Научные идеи Константина Циолковского

Влюбленный в дирижабли

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».

Фото: voenspez.ru

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».

Циолковский предложил стратоплан, в котором воздушный винт и мотор помещаются в сигарообразном корпусе. В современных реактивных стратопланах используется этот же принцип. testpilot.ru

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.

Ракетам – приоритет

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.

Все улетают

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.

Михаил Тихонравов (в центре) и Сергей Королев (справа) в день рождения уже покойного Константина Циолковского, 1947 г. Спутник будет запущен спустя ровно 10 лет после того, как была сделана эта фотография. pactodevarsovia.com 

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.