3 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Схемы ракет Константина Циолковского

Школьная Энциклопедия

Nav view search

Навигация

Искать

Книги

Login Form

Теория ракеты Циолковского

Подробности Категория: Человек и небо Опубликовано 10.06.2014 18:24 Просмотров: 9672

«Земля – колыбель человечества. Но нельзя вечно жить в колыбели». Это высказывание принадлежит русскому изобретателю, выдающемуся учёному-самоучке Константину Эдуардовичу Циолковскому.

Циолковского называют отцом космонавтики. Ещё в 1883 г. в своей рукописи «Свободное пространство» он высказывал мысль о том, что в космосе можно передвигаться с помощью ракеты. Но теорию ракетного движения он обосновал гораздо позже. В 1903 г. была опубликована первая часть труда учёного, который назывался «Исследование мировых пространств реактивными приборами». В этом труде он привёл доказательства того, что ракета является аппаратом, способным совершать космический полёт.

Научными разработками в области воздухоплавания и аэродинамики Циолковский занимался и ранее. В 1892 г. в работе «Теория и опыт аэростата» он описал управляемый дирижабль с оболочкой из металла. В те времена оболочки делали из прорезиненной ткани. Понятно, что дирижабль Циолковского мог служить гораздо дольше. Кроме того, он был оснащён системой подогрева газа и имел переменный объём. А это позволяло сохранять постоянную подъёмную силу при различных температурах окружающей среды и на различной высоте.

В 1894 г. учёный опубликовал статью «Аэростат или птицеподобная (авиационная) летательная машина», в которой описал летательный аппарат тяжелее воздуха – аэроплан с металлическим каркасом. В статье были даны расчёты и чертежи цельнометаллического самолёта с одним изогнутым крылом. К сожалению, в то время идеи Циолковского не были поддержаны в научном мире.

Многие поколения учёных мечтали о полётах за пределы Земли – на Луну, Марс и другие планеты. Но как будет двигаться летательный аппарат в космосе, где абсолютная пустота и нет опоры, оттолкнувшись от которой он получит ускорение? Циолковский предложил использовать для этой цели ракету, приводимую в движение реактивным двигателем.

Как устроен ракетный двигатель

В космическом пространстве нет ни твёрдой, ни жидкой, ни газообразной опоры. И ускорение космическому кораблю может сообщить только реактивная сила. Для появления этой силы внешние воздействия не нужны. Она возникает, когда продукты сгорания вытекают из сопла ракеты с некоторой скоростью относительно самой ракеты.

Основная часть ракетного двигателя – камера сгорания. В ней и происходит процесс сгорания топлива. В одной из стенок этой камеры есть отверстие, называемое реактивным соплом. Вот через это отверстие и выбрасываются газы, образуемые при сгорании.

Продукты сгорания топлива в двигателях называют рабочим телом. Вообще, рабочее тело – это некое условное материальное тело, расширяющееся при нагреве и сжимающееся при охлаждении. В каждом типе двигателя оно разное. Так, в тепловых двигателях, рабочее тело – это продукты сгорания бензина, дизельного топлива и др. В ракетных – продукты сгорания ракетного топлива. А топливо для ракетных двигателей также бывает разным. И в зависимости от его вида различают ядерные ракетные двигатели, электрические ракетные двигатели, химические ракетные двигатели.

В ядерном ракетном двигателе рабочее тело нагревается за счёт энергии, которая выделяется при ядерных реакциях.

В электрических ракетных двигателях источником энергии служит электрическая энергия.

Химические ракетные двигатели, в которых топливо (горючее и окислитель) состоит из веществ, находящихся в твёрдом состоянии, называются твёрдотопливными (РДТТ). А в жидкостных ракетных двигателях (ЖРД) компоненты топлива хранятся в жидком агрегатном состоянии.

Циолковский предложил использовать для полётов в космосе жидкостные ракетные двигатели. Такие двигатели преобразуют химическую энергию топлива в кинетическую энергию выбрасываемой из сопла струи. В камерах сгорания этих двигателей происходит экзотермическая (с выделением теплоты) реакция горючего и окислителя. В результате этой реакции продукты сгорания нагреваются, расширяются и, разгоняясь в сопле, истекают из двигателя с огромной скоростью. А ракета, согласно закону сохранения импульса, получает ускорение, направленное в другую сторону.

И в наше время для полётов в космосе применяют ракетные двигатели. Конечно, существуют и другие проекты двигателей, например, космический лифт или солнечный парус, но все они находятся в стадии разработки.

Первая ракета Циолковского

Люди придумали ракеты очень давно.

В конце III века до нашей эры человечество изобрело порох. А сила, возникающая при взрыве пороха, могла приводить в движение различные предметы. И пиротехнические средства стали использовать для фейерверков. Позже были созданы пушки и мушкеты. Их снаряды могли летать на вполне приличное расстояние. Но ракетами их всё-таки назвать нельзя было, так как они не имели собственного топлива. Но с их появлением возникли предпосылки для создания настоящих ракет.

Китайские «огненные стрелы», к которым прикреплялись трубки из плотной бумаги, заполненные горючим веществом и открытые с заднего конца, вылетавшие из лука при поджигании заряда, уже можно было считать ракетами.

В конце XIX века ракеты уже были на вооружении в артиллерии. Циолковский же предложил ракету – летательный аппарат, который передвигается в космическом пространстве за счёт действия реактивной тяги.

Как же выглядела первая ракета Циолковского? Это был летательный аппарат в виде металлической продолговатой камеры (формы наименьшего сопротивления), внутри которого располагались 2 отсека: жилой и двигательный. Жилой отсек предназначался для экипажа. А в двигательном отсеке находился жидкостный ракетный двигатель, работающий на водородно-кислородном топливе. Жидкий водород служил топливом, а жидкий кислород – окислителем, необходимым для горения водорода. Газы, образующиеся при сгорании топлива, имели очень высокую температуру и текли по трубам, расширяющимся к концу. Разредившись и охладившись, они вырывались из раструбов с огромной относительно ракеты скоростью. На выбрасываемую массу действовала сила со стороны ракеты. А согласно третьему закону Ньютона (закон равенства действия и противодействия) такая же сила, называемая реактивной, действовала и на ракету со стороны выбрасываемой массы. Эта сила сообщала ракете ускорение.

Формула Циолковского

Формула для вычисления скорости ракеты, обнаружена в математических трудах Циолковского, написанных им в 1897 г.

V — скорость летательного аппарата после выработки всего топлива:

I – отношение тяги двигателя к расходу топлива в секунду (величина, называемая удельным импульсом ракетного двигателя). Для теплового ракетного двигателя u = I.

M1 – масса летательного аппарата в начальный момент полёта. Она включает массу самой конструкции ракеты, массу топлива и массу полезной нагрузки (например, космического корабля, который выводится ракетой на орбиту).

M2 – масса летательного аппарата в конечный момент полёта. Так как топливо к этому времени уже израсходовано, то это будет масса конструкции + масса полезной нагрузки.

С помощью формулы Циолковского можно рассчитать количество топлива, необходимое ракете для получения заданной скорости.

Из формулы Циолковского получаем отношение начальной массы ракеты к её конечной массе:

Mo – масса полезного груза

Mk — масса конструкции ракеты

Mt — масса топлива

Масса конструкции зависит от массы топлива. Чем больше топлива необходимо ракете, тем больше резервуаров потребуется для его транспортировки, а значит, большей будет и масса конструкции.

Отношение этих масс выражается формулой:

где k – коэффициент, который показывает количество топлива на единицу массы конструкции ракеты.

Этот коэффициент может быть разным в зависимости от того, какие материалы использованы в конструкции ракеты. Чем легче и прочнее эти материалы, тем меньшим будет коэффициент, и легче конструкция. Кроме того, он зависит и от плотности топлива. Чем плотнее топливо, тем меньшие по объёмы ёмкости потребуются для его транспортировки, и тем выше значение k.

Подставив в формулу Циолковского выражения начальной и конечной массы ракеты через массы конструкции, груза и топлива, получим:

Из этого выражения следует, что величина массы топлива равна:

Зная значение удельного импульса топлива и массу полезного груза, можно рассчитать скорость ракеты.

Эта формула имеет смысл только в том случае, если

Если это условие не выполняется, ракета никогда не сможет достигнуть заданной скорости.

Многоступенчатая ракета

Чтобы преодолеть притяжение Земли, летательный аппарат должен развить горизонтальную скорость около 7,9 км/сек. Эта скорость называется первой космической скоростью. Получив такую скорость, он будет двигаться вокруг Земли по концентрической орбите и станет искусственным спутником Земли. При меньшей скорости он упадёт на Землю.

Чтобы покинуть орбиту Земли, аппарат должен обладать скоростью 11,2 км/сек. Эта скорость называется второй космической скоростью. А космический аппарат, получивший такую скорость, становится спутником Солнца.

Каждое небесное тело имеет свои значения космических скоростей. Например, для Солнца вторая космическая скорость равна 617,7 км/сек.

Вес топлива, необходимого для получения даже первой космической скорости, по расчётам превышает вес самой ракеты. А ведь кроме топлива, она должна нести ещё и полезный груз: экипаж, приборы и т.п. Понятно, что такую ракету построить невозможно. Но Циолковский нашёл решение и этой задачи. А что если механически скрепить вместе несколько ракет? Учёный предложил направлять в космическое пространство целый «ракетный поезд». Каждая ракета в таком «поезде» называлась ступенью, а сам «поезд» — многоступенчатой ракетой.

Двигатель первой, самой большой ступени, включается при старте. Она получает ускорение и сообщает его всем остальным ступеням, которые по отношению к ней являются полезной нагрузкой. Когда всё топливо выгорит, эта ступень отделяется от ракеты и сообщает свою скорость второй ступени. Далее таким же образом разгоняется вторая ступень, которая также отделится от ракеты, когда закончится топливо. И так будет до тех пор, пока не закончится топливо в двигателе последней ступени ракеты. Тогда и эта ступень отделится от космического корабля, а он займёт свое место на космической орбите.

Читать еще:  Современный ракетный арсенал

Схемы ракет Константина Циолковского

Схемы ракет Константина Циолковского

Циолковским был также произведен расчет запаса топлива, массы конструкции, скорости и других параметров каждой ступени.

Дальнейшее развитие теория многоступенчатых ракет получила в книге Циолковского «Космические ракетные поезда» (1929 годы) и в одной из глав рукописи «Основы построения газовых машин, моторов и летательных приборов», которая при жизни ученого так и не была опубликована.

Циолковский предложил два способа достижения космических скоростей: при помощи ракетного поезда и при помощи эскадрильи ракет. Оба способа имели много общего и заключались в том, что в полет отправлялось несколько ракет, из которых конечной цели достигала только одна. Остальные же ракеты играли роль ускорителей и после израсходования топлива возвращались на Землю.

Однако при первом способе (космический ракетный поезд) ракеты соединялись последовательно, одна за другой, и работала только одна головная ракета. После израсходования топлива головная ракета отделялась от ракетного поезда, после чего начинала работать вторая ракета, ставшая теперь головной, и так далее.

При втором способе (эскадрилья ракет) ракеты соединялись параллельно и работали все одновременно, но использовали топливо не целиком, а лишь наполовину. После этого топливо одной части ракет сливалось в полупустые баки другой части ракет, которые продолжали дальнейший путь с полным запасом горючего. Пустые же ракеты отделялись от эскадрильи и возвращались на Землю. Процесс переливания продолжался до тех пор, пока от эскадрильи не оставалась одна ракета.

Рассмотрим проект ракетного поезда, предложенный Циолковским.

Сразу же оговорив, что проект представлен в самом общем виде, Константин Эдуардович переходит к характеристикам ракеты, составляющей «ракетный поезд». Ее поперечник составляет 3 метра, длина — 30 метров, толщина стенок — 2 миллиметра, общий вес ракеты с полезной нагрузкой — 9 тонн. Запас взрывчатых веществ на всю ракету весит 27 тонн. Объем обитаемого пространства составляет 78 м 3 . Если экипаж будет состоять из 10 человек, то каждому достанется около 8 м 3 , или кубическая комната с ребром в 2 метра. Кислорода при удалении продуктов дыхания должно хватить на 16 дней полета.

Так как всем ракетам, составляющим «поезд», предстоит планирование при возвращении на Землю, то каждая ракета имеет следующее устройство.

«Одиночная надутая оболочка, — пишет Циолковский, — имеющая по необходимости форму точеного на токарном станке тела (тела вращения), планировать будет слабо. Надо соединить, например, три таких поверхности. Надутые воздухом или кислородом примерно до двух атмосфер, они представят собою весьма прочную балку. Крылья мы не можем предложить вследствие значительного их веса».

В качестве главного элемента управления используются рули: направления, высоты и противодействия вращению. Они должны действовать не только в воздухе, но и в пустоте. Рули находятся в задней части каждой ракеты. Их две пары. За ними расположены «взрывные» трубы числом не менее четырех. Направление выхлопа в сторону, чтобы не задеть заднюю ракету.

Носовая часть замыкающей ракеты «поезда» занята людьми. Наблюдение за окружающим пространством осуществляется через маленькие кварцевые окна — они нужны для оперативного управления ракетой в момент старта. Большие окна обозрения до момента выхода за пределы атмосферы закрыты ставнями.

За жилым помещением следует машинное отделение (насосы и двигатели для них), наконец, кормовая часть занята взрывными трубами и окружающими их баками с нефтью. Последние окружены баками со свободно испаряющимся жидким кислородом

Вот как описывает Циолковский старт «ракетного поезда»:

«Дело происходит приблизительно так. Поезд, положим, из пяти ракет, скользит по дороге в несколько сот верст длиною, поднимаясь на 4–8 верст от уровня океана. Когда передняя ракета почти сожжет свое горючее, она отцепляется от четырех задних. Эти продолжают двигаться с разбегу (до инерции), передняя же уходит от задних вследствие продолжающегося, хотя и ослабленного взрывания. Управляющий ею направляет ее в сторону и она понемногу спускается на Землю, не мешая движению оставшихся сцепленными четырех ракет.

Когда путь очищен, начинает свое взрывание вторая ракета (теперь передняя). С ней происходит то же, что и с первой: она отцепляется от задних трех и сначала обгоняет их, но потом, не имея достаточной скорости, поневоле возвращается на планету.

Так же и все другие ракеты, кроме последней. Она не только выходит за пределы атмосферы, но и приобретает космическую скорость. Вследствие этого она или кружится около Земли как ее спутник, или улетает далее — к планетам и даже иным солнцам».

Как видите, «ракетный поезд» Циолковского — это вовсе не современная многоступенчатая ракета-носитель.

Идея «эскадрильи ракет» была сформулирована в главе «Наибольшая скорость ракеты» из работы «Основы построения газовых машин, моторов и летательных приборов», опубликованной в 1947 году.

Работа эта примечательна еще и тем, что в ней Константин Эдуардович выступает вразрез со своими предыдущими заявлениями, исключающими ракетный аэроплан как еще один путь возможного развития космической техники.

Подавляющее большинство историков космонавтики сходятся на том, что, несмотря на многообразие идей, выдвинутых Циолковским, он все же сумел сконцентрироваться на «единственно верном» направлении — разработке теории мощных ракет с жидкостным двигателем. Однако это не совсем так. В работе «Наибольшая скорость ракеты» Циолковский как раз анализирует способ достижения космических скоростей посредством ракетоплана. В сущности, упомянутая «эскадрилья ракет» — это несколько ракетопланов, часть которых являются «заправщиками», осуществляя дозаправку «космического ракетоплана» по мере подъема над Землей.

Более того, в этой работе Циолковский приводит приблизительную программу поэтапного совершенствования ракетопланов: от первого «несовершенного и слабого реактивного аэроплана» до группы ракетопланов из 16 машин, способных осуществить выход за пределы атмосферы. Все это напоминает нам «дерзновенные мечтания» Макса Валье, однако вряд ли Константин Эдуардович опирался на труды немецкого популяризатора — скорее всего, к необходимости изменения взглядов в пользу ракетоплана его подвел Фридрих Цандер.

4. 10. 068 Космическая ракета Циолковского

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.

Читать еще:  Проект «ЭКР» («Экспериментальная крылатая ракета»)

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».

95 лет назад Циолковский опубликовал брошюру «Ракета в космическом пространстве»

Публикация этой брошюры была не первой и не последней попыткой Константина Циолковского отстоять свой приоритет в области теоретического (математического) обоснования космических полетов. Отличалась она от предыдущих и последующих его попыток тем, что имела предисловие на немецком языке, то есть заведомо была адресована западным ученым.

Остальное в брошюре — в основном там были формулы и схемы — в переводе с русского языка не нуждалось. На обложке брошюры и в предисловии было указано, что это перепечатка статьи Циолковского «Исследование мировых пространств реактивными приборами», опубликованной в санкт-петербургском журнале «Научное обозрение» в 1903 году.

Двадцать лет спустя

Поводом для перепечатки статьи Циолковского 20-летней давности стал выход в Германии книги профессора Германа Оберта «Die Rakete zu den Planetenraumen» («Ракета для межпланетного пространства»), где были опубликованы его расчеты космической ракеты и поставлены инженерные задачи для строительства такой ракеты. То есть содержательно она один в один повторяла все то, что было в статье Циолковского 1903 года.

Оберт, в свою очередь, опирался на расчеты американского инженера Роберта Годдарда, с которым он переписывался и который в том же 1923 году прислал ему свою монографию «Method of Reaching Extreme Altitudes» («Метод достижения экстремальных высот») 1919 года издания. В монографии Годдарда тоже ничего принципиально нового и отличного от того, что писал Циолковский в 1903 году, не было.

В брошюре Циолковского 1924 года его старую статью 1903 года предваряли предисловие «Anstalt eines Vorwortes» профессора Александра Чижевского и статья Циолковского «Судьба мыслителя, или Двадцать лет под спудом», тоже переведенная на немецкий Чижевским. А название брошюры «Ракета в космическом пространстве» было практически точной копией названия книги Оберта «Die Rakete zu den Planetenraumen».

Последние сомнения в главной цели ее публикации отпадают, если знать, что больше 300 экземпляров из всего тиража брошюры Циолковского в одну тысячу экземпляров ее автор и Чижевский разослали западным ученым. «Я в течение нескольких дней разослал около 250 экземпляров приблизительно в десять стран, в наиболее известные учреждения, библиотеки и многим ученым. Профессорам Оберту и Годдарду я послал по десять экземпляров»,— писал Чижевский Циолковскому.

Сам Циолковский разослал за границу несколько десятков экземпляров своей брошюры, в основном он рассылал ее в советские научные институты и в советские СМИ. Всего его брошюру получили 36 газет и журналов: от «Правды» и «Известий ВЦИКа» до журнала «Пионер».

Забавно на нее отреагировал редактор местной газеты «Коммуна» в Калуге, где жил Циолковский. Он опубликовал ядовитую рецензию: «Брошюра написана по-русски, предназначена, по-видимому, для широкого немецкого читателя, потому что иначе совершенно необъяснимо помещение вступления на немецком языке и даже без приведения русского перевода. Если же гр. Чижевскому казалось, что это будет выглядеть оригинально или, быть может, “научно”, то почему бы не написать предисловие вавилонской клинописью или египетскими иероглифами?»

Циолковскому пришлось объяснить калужскому редактору, что его книжка «действительно предназначалась не только советским, но и зарубежным, прежде всего немецким, читателям» и что он сам обратился к Чижевскому с просьбой написать предисловие по-немецки: «В данном отношении мною руководили три соображения: прежде всего немецкий язык является языком, на котором пишется и издается огромная часть всех научных работ в мире, и язык этот известен большинству европейских ученых независимо от их национальности; затем именно в Германии появилась в прошлом году книга Германа Оберта, аналогичная моим теоретическим работам по вопросу о реактивных аппаратах, и так как я намерен некоторое количество изданного ныне труда отправить в Германию, то заметка А. Л. Чижевского на немецком языке может сыграть роль катализатора, возбудив интерес германских ученых к моим теоретическим соображениям; наконец, третьим соображением по этому вопросу является то обстоятельство, что все изложенное мною в предшествующей работе “Судьба мыслителей” дано Чижевским в сокращенном виде в его вступительной статье».

Находка в Пенемюнде

Своего Циолковский добился, начиная с 1920-х годов его имя и его работы по инженерным расчетам космических летательных аппаратов стали известны на Западе, где его наряду с Обертом и Годдардом считают сейчас одним из создателей научной теории космонавтики.

Конструктор первой баллистической ракеты (Фау-2) Вернер фон Браун писал в своих мемуарах: «Герман Оберт был первым, кто, думая о возможности космических кораблей, схватил логарифмическую линейку и представил математически проанализированные концепции и проекты». Но, конечно же, ему было известно, что первым, кто за 20 лет до Оберта схватился за логарифмическую линейку, был Циолковский.

Среди документов Вернера фон Брауна, которые 5 мая 1945 года начала вывозить из Пенемюнде, центра немецкого ракетостроения, специальная трофейная команда Красной армии, была та самая брошюра Циолковского 1924 года с пометками фон Брауна на полях.

Жизненные обстоятельства — материальное положение родителей и осложнение детской скарлатины на слух — позволили Циолковскому окончить только три класса гимназии, после этого он учился самостоятельно. Со стороны трудно в полной мере понять, какого упорства и сил стоило почти глухому мальчику, а потом молодому человеку без поддержки богатых или влиятельных родственников социализироваться в провинциальном российском обществе, заняв в нем положение, какое могло считаться жизненным успехом для здоровых и обеспеченных его сверстников.

Хрестоматийный образ Константина Циолковского как мечтателя не от мира сего, едва ли не городского сумасшедшего в глазах провинциальных обывателей, научный гений которого расцвел и получил заслуженное признание только при советской власти, был придуман и продвигался в советской литературе и кинематографе по понятным причинам. На самом деле учитель гимназии Циолковский был не последним человеком в Калуге. Его гражданский чин на госслужбе был VIII класса, то есть штаб-офицерским (официальное обращение «ваше высокоблагородие»). Он был кавалером орденов Святого Станислава и Святой Анны III степени (ежегодная пенсия 85 и 90 руб. соответственно). И все это не имело никакого отношения к его научному хобби.

Читать еще:  Что такое баллистическая ракета

Для ученых Циолковский всегда был дилетантом-любителем. Даже в советской науке, несмотря на все почести и славословия в его адрес, Циолковского держали в сторонке от реальной науки. У народных комиссаров, заведовавших наукой в СССР, хватало ума тактично не подпускать к решению актуальных для страны научно-производственных задач человека, который всерьез считал, что «человек наследовал свои качества от предков, то есть от животных».

«Пение — от певчих птиц, членораздельную речь — от попугаев и ворон, руки — от обезьян, ум — от слона и собаки, строительное искусство — от строителей гнезд и нор, танцы — от глухарей и других птиц, коварство и жестокость — от хищных зверей, общественную любовь — от стадных животных, семейную — от целомудренных и заботливых птиц, любовь к украшениям, к вещам, золоту и вообще красивому — от сорок и подобных птиц, делающих шалаши и украшающие их при брачных торжествах. Экономность, предусмотрительность — от зимующих и запасливых животных и т. д.»,— писал он 1931 году.

Он был ценен власти лишь как наглядный живой символ ее отношения к гениальным ученым-самородкам, были бы живы Иван Ползунов или отец и сын Черепановы, их бы тоже поставили в один ряд с Циолковским, наградили теми же орденами и обеспечили теми же жизненными благами. Циолковский принимал такую игру, его в ней все устраивало.

Если науку представить как магистраль, то Циолковский, образно говоря, всегда шел в науке даже не по обочине этого хайвея, а продирался по параллельной ему тропинке в густом лесу. В XVI или XVII веках он с его талантом и работоспособностью, вероятно, стал бы одним из великих ученых. Но, начиная со времен Ньютона, открытия ученого, не интегрированного в мировое научное сообщество, имело мало шансов стать новым словом в науке.

Примеров тому достаточно, самые яркие, пожалуй, это открытие закона сохранения Ломоносовым, о котором никто не знал до того момента, когда его заново открыл Лавуазье. Или открытие монахом Грегором Менделем законов наследования, которые пришлось переоткрыть заново профессиональным ученым-биологам в начале ХХ века, чтобы они вошли в науку.

Первое же научное открытие Циолковского — его кинетическая теория газов — была абсолютно верной с научной точки зрения, но, когда он ее передал для публикации в Русское физико-химической общество (РФХО), там отметили природный дар ученого-самоучки и поручили Дмитрию Менделееву ответить автору насколько можно деликатнее, что все это уже было открыто Максвеллом четверть века назад.

Другая его работа о механике живого организма по научной новизне соответствовала работам Аристотеля и Леонардо да Винчи, что снова свидетельствовало о неординарности ума Циолковского, но в конце XIX века выглядело более чем странно. Основатель отечественной школы антропологии профессор Богданов неполиткорректно назвал этот труд Циолковского «сумасшествием». Примерно такое же впечатление произвела на членов РФХО работа Циолковского «Продолжительность лучеиспускания Солнца», которая соответствовала научным представлениям XVII века.

Тем не менее решением собрания членов РФХО было постановлено избрать Циолковского в члены общества и ходатайствовать перед властями о его переводе на службу в университетский город, где у него был бы доступ к научной литературе и к собраниям ученых. Аналогичное предложение поступило ему от Императорского русского технического общества. Циолковский отказался.

Цена научного одиночества

Сейчас бессмысленно судить, было ли это его ошибкой или, наоборот, он повел себя правильно. Если бы он принял покровительство таких ученых, как Дмитрий Менделеев и Иван Сеченов, которым импонировали его талант и упорство в достижении поставленной цели, и интегрировался в научное сообщество, то, несомненно, достиг бы профессорского и академического звания. Но при смене власти в 1917 году остался бы одним из старорежимных профессоров и академиков и уж точно не стал бы живой легендой советской науки, а потом и вовсе предтечей космической эры человечества.

Но одно можно сказать уверенно: если бы Циолковский стал официальным ученым, ему бы не пришлось с такими усилиями доказывать свой приоритет в теоретическом (математическом) обосновании космонавтики. Не пришлось бы Циолковскому и делить свой приоритет основоположника механики тел переменного состава с математиком Иваном Мещерским.

Они практически одновременно в 1897 году создали математический аппарат этой механики. Только Мещерский защитил его в том же году в виде магистерской диссертации в Санкт-Петербургском университете, а на следующий год опубликовал в научном издании. А Циолковский, создав тот же математический аппарат в виде «первой и второй задач Циолковского», где формула Циолковского получается путем интегрирования дифференциального уравнения Мещерского, не имел возможности ни опубликовать свои выкладки в научном издании, ни доложить их на ученом собрании.

С помощью этих формул Циолковский рассчитал массу космической ракеты с реактивным двигателем, массу необходимого топлива, габариты ракеты, ее скорость и траекторию, необходимую для выхода в открытый космос. Расчеты показали, что строительство космической ракеты вполне реальная инженерная задача для того времени, а не фантастика в духе Жюля Верна. Но опубликовать свои расчеты Циолковский смог только в 1903 году и только в научно-популярном журнале, причем самом не подходящем для публикации эпохального открытия.

Это был журнал «Научное обозрение», его издавал в 1894 года на своей петербургской квартире Михаил Филиппов, автор первой в России рецензии на «Капитал» Карла Маркса. К 1903 году его журнал окончательно превратился в рупор научного обоснования марксизма в его чисто российской разновидности — с призывом читателей на баррикады. Сам Филиппов погиб в том же 1903 году во время опытов с взрывчатыми веществами, и полиция конфисковала все его архивы, включая журнальные.

Понятно, что публикация Циолковского в таком издании прошла незамеченной теми учеными, кому он адресовал свою статью. Понятно также его стремление во что бы то ни стало опубликовать ее заново там, где ее заметили бы. Тем более что в первой публикации 1903 года, как писал сам Циолковский, «перепутаны формулы и нелепо изменен порядок».

Циолковский попал в очень неприятную ситуацию, его претензии на приоритет в инженерном расчете космической ракеты на основании опубликованных неверных формул выглядели бы более чем странно. Если бы он опубликовал свою статью в научном журнале, где статьи проходят фильтр рецензентов и научного редактора, такого не произошло бы, а теперь ему нужно было заново перепечатать статью с исправленными формулами, но с датой — 1903 год.

Циолковский предпринял две попытки сделать это в 1911 и 1914 году, но обе неудачные, если оценивать их с точки зрения достижения поставленной им цели. И только в 1924 году ему это удалось. Но к этому времени уже вышли книги Годдарда (1919) и Оберта (1923) с аналогичными расчетами и без ссылок на Циолковского.

Западные ученые никогда не возражали против приоритета Циолковского, но это носило исключительно ритуальный характер — как знак признания прошлых заслуг коллеги. Например, на сайте американского НАСА сейчас написано: «В России Константина Циолковского называют “отцом теоретической и прикладной космонавтики”. Хотя Оберт и Годдард провели аналогичные исследования и пришли к сопоставимым выводам, нет никаких доказательств того, что каждый из них знал детали работы другого. Поэтому все трое этих ученых разделяют звание “отца ракетостроения”».

Это и есть консенсус мировой науки относительно приоритета в области космонавтики. Циолковский, Годдард и Оберт — вот те ученые, благодаря которым человек полетел в космос в ХХ веке. Именно в такой последовательности — первым Циолковского — их сейчас перечисляют в научных справочниках и энциклопедиях мира.

В заключение следует сказать еще об одном приоритете Циолковского. В первой публикации его «Исследования мировых пространств реактивными приборами» 1903 года при расчете подъемной силы реактивного двигателя на водородно-кислородном топливе он мельком упоминает о принципиальной возможности создания ракет с ядерным двигателем. «…Если когда-нибудь так называемые простые тела окажутся сложными и их разложат на новые элементы, то атомные веса последние должны быть меньше известных нам простых тел. Новооткрытые элементы при своем соединении должны выделять несравненно большое количество энергии, чем тела, считаемые теперь условно простыми и имеющие сравнительно большой атомный вес».

В издании 1911 года второй части «Исследования…» он более конкретно указывает на радиоактивный источник энергии: «…Радий, разлагаясь непрерывно на более элементарную материю, выделяет из себя частицы разных масс, двигающиеся с поразительной, невообразимой скоростью, недалекой от скорости света. Поэтому, если бы можно было достаточно ускорить разложение радия или других радиоактивных тел, каковы вероятно все тела, то употребление его могло бы давать, при одинаковых прочих условиях, такую скорость реактивного прибора, при которой достижение ближайшего солнца (звезды) сократится до 10–40 лет».

Выходит, что и ядерный реактивный двигатель (ЯРД) для ракет, о котором сейчас много пишут и говорят, если не сам придумал, то завещал придумать тоже Константин Циолковский

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:
Adblock
detector