Константин Циолковский: фантазер и ученый, опередивший время

15 сентября 2023 13:24

Фото - © Wikipedia.org

Константина Циолковского часто называют «отцом космонавтики», хотя учился и трудился он во времена, когда о космосе мыслили разве что фантасты. О том, какие идеи привнес Циолковский в мир, который мы видим сейчас, – в материале РИАМО.

Инженер-самоучка и мечтатель

Фото - © Wikipedia.org

Константин Эдуардович Циолковский, потомок знатного польского рода, родился 17 сентября 1857 года. К тому времени семья уже полвека жила на территории Российской империи, основным языком в доме был русский, а еще в 1820 году отец будущего изобретателя выхлопотал свидетельство, которое подтверждало его дворянское происхождение. Свидетельство о дворянстве позволило Эдуарду Циолковскому дать детям образование в лучших школах и университетах Российской империи.

При этом о польских корнях в семье помнили, поэтому дети неплохо знали польский язык, хотя дома говорили в основном на русском. В то время в высшем обществе принято было владеть несколькими языками, как минимум немецким, греческим, французским и латынью. Константин Циолковский, будущий изобретатель, лишился этой возможности в юном возрасте: примерно в 9 лет он перенес тяжелую скарлатину и практически оглох, поэтому изучение языков ему не давалось. Его даже оставили на второй год во втором классе за неуспеваемость.

Впрочем, у мальчика был пытливый ум, а глухота не мешала читать книги – так что юный Константин, несмотря на недуг, очень активно занимался самообразованием и добился больших успехов. Отец даже пытался устроить его в Императорское Московское техническое училище (сейчас это МГТУ им. Баумана), но сложности со слухом не позволили Константину обучаться наравне с остальными студентами.

Однако юному изобретателю это не помешало развиваться и дальше. Он вернулся в родную семью, сначала зарабатывал репетиторством, затем сдал экзамены, позволившие ему преподавать математику. В 24 года Циолковский опубликовал свою первую научную работу – «Теория газов», а следом и вторую – «Механика животного организма». По итогам этих работ молодого ученого приняли в Русское физико-химическое общество.

Со своими научными интересами Циолковский определился еще в отрочестве: ему нравились математика, физика и астрономия. Все свободное время он посвящал поиску новых возможностей для продвижения человека «вверх» – к небу, к воздухоплаванию, к Луне и звездам. На собственные деньги в 1897 году он построил первую в России аэродинамическую трубу собственной оригинальной конструкции, которая позволяла изучать воздействие потоков воздуха на находящиеся в этих потоках тела. В 1902 году выдающийся инженер Николай Жуковский построил подобную аэродинамическую трубу при механическом кабинете Московского университета.

Гофрированный дирижабль

Фото - © Wikipedia.org

Во времена молодости Циолковского о «полетах в небе, как птицы» можно было только мечтать, и мечтатели вовсю занимались разработкой аппаратов, которые могли бы позволить людям «обрести крылья». Не остался в стороне и Циолковский: он мечтал создать управляемый металлический аэростат.

Константин создал модель дирижабля (хотя этого слова в то время еще не было), сделанного из гофрированного легкого металла, который позволял бы сохранять подъемную силу при изменении высоты и температуры воздуха за бортом. Сам аэростат в качестве подъемной силы должен был использовать не взрывоопасный водород, а нагретый воздух. К сожалению, реализация проекта уперлась в недостаток финансирования: объем аэростата должен был составлять полмиллиона кубометров, а сумма на его построение оказалась слишком высокой для российского научного сообщества. Металлический дирижабль Циолковского так и не был построен, хотя позднее ученые несколько раз проверяли расчеты аэронавта-самоучки и пришли к выводу, что его аэростат совершенно точно взлетел бы.

К слову, печально знаменитый дирижабль «Гинденбург», поднимавшийся при помощи 200 000 кубометров водорода, трагически сгорел через год после постройки, в 1937 году, унеся 35 жизней и фактически положивший конец дирижаблестроению. Если бы дирижабли строились по проектам российского ученого (без использования водорода в качестве подъемной силы) – возможно, история воздухоплавания была бы совсем другой.

Монопланы

Фото - © INTERFOTO/ТАСС

По поводу полетов у Циолковского были и другие, даже более прогрессивные идеи. «Птицеподобная» летательная машина ученого представляла собой цельнометаллический моноплан с толстым изогнутым крылом, а сама конструкция, основанная на изучении анатомии птиц, представляла собой обтекаемый корпус, который позволял развивать достаточно высокие скорости при наименьшем сопротивлении воздуха.

Кроме того, «начинка» моноплана предполагала двигатель внутреннего сгорания и автоматическое управление. К сожалению, как и гофрированный металлический аэростат, моноплан так и остался в стадии проекта – ученый просто не смог собрать денег на реализацию своей идеи. Зато в период Первой мировой немецкие самолеты, сконструированные по подобной технологии, поразили воображение современников.

Поезда на воздушной подушке

Фото - © Волоколамское ИА

Циолковский первым придумал оригинальную возможность избежать трения при движении машин вдоль поверхности земли. Он изобрел «Сверхэкспресспоезд», у которого не было колес, а под дном образовывалась бы своего рода воздушная подушка, которая позволяла поезду разгоняться до 1000 километров в час, игнорируя трение колес о рельсы. В мечтах Циолковского такой поезд мог бы преодолевать реки, овраги и неровности местности без необходимости строить для них пути и мосты – при этом без потери скорости.

К сожалению, эта идея так и осталась невоплощенной – но зато дала толчок ученым для изобретения поездов на магнитной подушке, которые сейчас стремительно носятся по Японии, Китаю и Южной Корее. В России поезда на магнитной подушке (их еще называют магитопланами или маглевами) находятся в стадии разработки, уже созданы действующие прототипы, и есть шанс, что первый такой поезд пронесется по нашей стране уже в 2025 году.

Многоступенчатые ракеты в космос

Очень много времени, сил и мечтаний российский гений-самоучка отдал покорению космоса. Он полагал, что мы вправе и даже должны осваивать ближайшие к нам космические объекты, а в идеале – познать всю Вселенную. Впрочем, в конце XIX и начале XX века даже полет за пределы атмосферы был чем-то из области фантастики, ведь ученые уже имели представление о том, как велико притяжение Земли и как трудно его преодолеть.

Константин Циолковский, проведя немало дней за расчетами, пришел к выводу, что поднять в космос ракету целиком – задача трудновыполнимая и неэкономичная. Он предложил ступенчатые ракеты – когда одна из ступеней поднимала ракету на определенную высоту и вырабатывала свой ресурс, она отсоединялась, значительно уменьшая общий вес ракеты, и за работу по подъему принималась следующая ступень. Свое изобретение Циолковский назвал «Ракетный поезд».

По сути, изобретение Циолковского (с выкладками, формулами и схемами) открыло человечеству путь в космическое пространство. У космических ракет может быть от 2 до 4 ступеней (в зависимости от дальности полета и задачи, например, в лунной программе Н-1 в СССР ступеней было пять), и каждая из ступеней, выработав ресурс, отделяется, уменьшая массу ракеты и увеличивая эффективность работы следующей ступени.

«Космический лифт» за пределы атмосферы

Одной из самых «безумных идей» Константина Циолковского была идея построения космического лифта, который поднимал бы людей и грузы на орбиту Земли. Эту идею математик предложил в 1895 году. На самом деле это изобретение Циолковского и сейчас кажется чем-то из области фантастики: построить «лифт» высотой 35 тысяч километров, вершина которого летела бы на орбите Земли с точно заданной скоростью, и чтобы при этом «дно» лифта всегда оставалось на своем месте, а «верхушка» – на своем. При этом кабина лифта должна лететь вверх со скоростью 11 километров в секунду (позднее эту скорость назовут второй космической). Плюсы у «космического лифта», впрочем, были впечатляющие: не нужно было бы тратить топливо на запуск ракет, а сама доставка грузов на орбиту могла бы стать регулярной.

К сожалению, построение космического лифта пока остается только теоретической задачей, как минимум из-за пределов прочности материалов, которые должны быть использованы при построении и эксплуатации такого лифта. Периодически некоторые ученые и группы компаний берутся решить эту задачу хотя бы в первом приближении, но рабочей системы пока не предложил никто. Однако, например, японские инженеры уже заявили о том, что к 2050 году создадут космический лифт на основе нанотрубок. Но технологии не стоят на месте, и, вероятно, до 2050 года может появиться концепция, которая позволит реально воплотиться в жизнь этой идее русского изобретателя-самоучки.

Межпланетные станции Циолковского

Еще одной идеей, которой «горел» Циолковский, было создание космических станций, на которых люди могли бы жить и работать в комфортной обстановке. Собственно, роман «Звезда КЭЦ» Александра Беляева – как раз об этой мечте Константина Эдуардовича. В современности эта мечта частично воплотилась в МКС, однако планы Циолковского были гораздо масштабнее: в его представлении, космическая станция была своего рода маленьким городом со своей гравитацией (за счет центробежной силы вращения станции), со своим полным циклом жизнеобеспечения и возможностью проводить на такой станции целые годы, занимаясь изучением космоса и ближайших планет. В идеале таких станций должно быть множество, и они расширяющейся спиралью опоясывали бы центр Солнечной системы – от Земли до Сатурна и даже дальше.

В своих публикациях ученый не раз упоминал, что на вызовы времени и на перспективные, но пока недостижимые возможности «надо смотреть как на техническую задачу, которую мы не можем выполнить сегодня, но выполним, быть может, завтра». Для части его изобретений «завтра» уже наступило, а для других… Мир не стоит на месте, так что возможно все.