К.Э. Циолковский (1857 – 1935)

К онстантин Эдуардович Циолковский – российский и советский ученый-самоучка, исследователь, школьный учитель.

Основоположник современной космонавтики. Обосновал вывод уравнения реактивного движения, пришел к выводу о необходимости использования «ракетных поездов» – прототипов многоступенчатых ракет.

Автор работ по аэродинамике, воздухоплаванию, космонавтике, теории реактивного движения, космической биологии и медицине и другим.

Представитель русского космизма, член Русского общества любителей мироведения.

Автор научно-фантастических произведений, сторонник и пропагандист идей освоения космического пространства.

Именем К.Э. Циолковского названы Государственный музей истории космонавтики, Московский авиационный технологический институт, Калужский государственный педагогический университет,

кратер на Луне, и малая планета и др.

Первые научные исследования К.Э. Циолковского относятся к 1880 – 1881 гг. Не зная об уже сделанных открытиях, он написал работу «Теория газов», в которой изложил основы кинетической теории газов. Вторая его работа – «Механика животного организма» получила благоприятный отзыв И.М. Сеченова, и К.Э. Циолковский был принят в Русское физико-химическое общество. Основные работы Циолковского после 1884 г. были связаны с четырьмя большими проблемами: научным обоснованием цельнометаллического аэростата (дирижабля), обтекаемого аэроплана, поезда на воздушной подушке и ракеты для межпланетных путешествий.

В своей квартире К.Э. Циолковский создал первую в России аэродинамическую лабораторию. К.Э. Циолковский построил в 1897 г. первую в России аэродинамическую трубу с открытой рабочей частью, разработал методику эксперимента в ней и в 1900 г. сделал продувки простейших моделей и определил коэффициент сопротивления шара, плоской пластинки, цилиндра, конуса и других тел. Работы К.Э. Циолковского в области аэродинамики явились источником идей для Н.Е. Жуковского. К.Э. Циолковский описал обтекание воздушным потоком тел различной геометрической формы.

К.Э. Циолковский занимался механикой управляемого полета, в результате чего им был спроектирован управляемый аэростат (слово «дирижабль» тогда еще не придумали).

К .Э. Циолковский первым предложил идею создания цельнометаллического дирижабля и построил его модель (Слайд 63). Первым печатным трудом о дирижаблях был «Аэростат металлический управляемый» (1892 г.), в котором дано научное и техническое обоснование конструкции дирижабля с металлической оболочкой.

(Слайд 64)

Д ом К.Э. Циолковского в Калуге

Мастерская К.Э. Циолковского

В 1892 г. он обратился к новой и мало изученной области летательных аппаратов тяжелее воздуха. К.Э. Циолковскому принадлежит идея постройки аэроплана с металлическим каркасом. В статье «Аэроплан или Птицеподобная (авиационная) летательная машина» (1894 г.) даны описание и чертежи моноплана, который по своему внешнему виду и аэродинамической компоновке предвосхищал конструкции самолетов, появившихся через 15 – 18 лет. В аэроплане К.Э. Циолковского крылья имеют толстый профиль с округленной передней кромкой, а фюзеляж – обтекаемую форму.

С 1896 г. К.Э. Циолковский систематически занимался теорией движения реактивных аппаратов. Он вывел формулу (она получила название «формула Циолковского»), установившую зависимость между:

• скоростью ракеты в любой момент;

• удельным импульсом топлива;

• массой ракеты в начальный и конечный момент времени:

В 1903 г. К.Э. Циолковский опубликовал статью «Исследование мировых пространств реактивными приборами», где впервые доказал, что аппаратом, способным совершить космический полет, является ракета. В этой статье и последовавших ее продолжениях он разработал некоторые идеи теории ракет и использования жидкостного ракетного двигателя.

Результат первой публикации оказался совсем не тот, какого ожидал К.Э. Циолковский. Ни соотечественники, ни зарубежные ученые не оценили исследования, которым сегодня гордится наука. Оно просто на эпоху обогнало свое время. В 1911 г. опубликована вторая часть труда «Исследование мировых пространств реактивными приборами». К.Э. Циолковский вычисляет работу по преодолению силы земного тяготения, определяет скорость, необходимую для выхода аппарата в Солнечную систему («вторая космическая скорость») и время полета.

В 1926 – 1929 гг. К.Э. Циолковский решает практический вопрос: сколько нужно взять топлива в ракету, чтобы получить скорость отрыва и покинуть Землю. Выяснилось, что конечная скорость ракеты зависит от скорости вытекающих из нее газов и от того, во сколько раз вес топлива превышает вес пустой ракеты.

К .Э. Циолковский выдвинул ряд идей, которые нашли применение в ракетостроении. Им предложены: газовые рули (из графита) для управления полетом ракеты и изменения траектории движения ее центра масс, использование компонентов топлива для охлаждения внешней оболочки космического аппарата (во время входа в атмосферу Земли), стенок камеры сгорания и сопла, насосная система подачи компонентов топлива, оптимальные траектории спуска космического аппарата при возвращении из космоса и др. (чертеж первого космического корабля К.Э.Циолковского представлен на (Слайд 65)). В области ракетных топлив К.Э. Циолковский исследовал большое число различных окислителей и горючих; рекомендовал топливные пары: жидкие кислород с водородом, кислород с углеводородами.

Циолковский много и плодотворно работал над созданием теории полета реактивных самолетов, изобрел свою схему газотурбинного двигателя; в 1927 г. опубликовал теорию и схему поезда на воздушной подушке. Он первый предложил «выдвигающиеся внизу корпуса» шасси.

Рисунки, сделанные К.Э. Циолковским

в начале 1930-х гг. для создателей

художественного фильма «Космический рейс»

(Слайд 66)

И нам теперь хорошо известно, что эти идеи-наброски были реализованы в последующем…

Из творческого наследия

К.Э. Циолковского

«По природе или по характеру – я революционер и коммунист. Почему же из меня не вышел активный революционер?

Причину этому я усматриваю в следующем: глухота с десяти лет сделала меня слабым, и вследствие этого у меня не было товарищей, друзей и общественных связей.

Исход моим реформаторским стремлениям был один: техника, наука, изобретательство и естественная философия. Сначала все это было в области мечтаний. Потом мое новаторство стало выходить наружу, и это оттолкнуло от меня «правоверных», несомневающихся ученых. Я был «выскочка», реформатор, и как таковой не признавался.

Моя биография бедна лицами и столкновениями. Я страстно любил читать и читал все, что можно было достать... Любил мечтать... Я мысленно высоко прыгал, взбирался, как кошка, на шесты, по веревкам. Мечтал о полном отсутствии силы тяжести.

...В какой-то хрестоматии я узнал о расстоянии до Солнца. Очень удивился и всем об этом сообщал!

...Наклонность к мастерству и художеству у меня сказалась рано. У старших братьев она была еще сильней.

К 14 – 16 годам потребность к строительству проявилась у меня с особенной силой. Я делал самодвижущиеся коляски и локомотивы.

...Увидел однажды токарный станок. Стал делать собственный. Сделал и точил на нем дерево, хотя знакомые отца и говорили, что у меня не выйдет. Делал множество разного рода ветряных мельниц. Затем построил коляску с ветряной мельницей, которая ходила против ветра и по всякому направлению... Потом хотел сделать большую ветряную коляску для катанья (по образцу модели), и даже начал, но скоро бросил, поняв малосильность и непостоянство ветра.

Все эти игрушки я строил самостоятельно, независимо от чтения научных и технических книг.

***

Проблески серьезного умственного сознания проявились при чтении. Так, лет в 14 я вздумал почитать арифметику, и мне показалось там все совершенно ясным и понятным. С этого времени я понял, что книги вещь немудреная и вполне мне доступная. Я стал разбирать с любопытством и пониманием некоторые отцовские книги по естественным и математическим наукам...

Меня увлекает астролябия, измерение расстояния до недоступных предметов, снятие планов, определение высот. И я устраиваю астролябию – угломер. С помощью нее, не выходя из дома, определяю расстояние до пожарной каланчи. Нахожу 400 аршин. Иду и проверяю, оказывается верно. С этого момента я поверил теоретическому знанию...

Одновременно меня страшно занимали разные вопросы, и я старался сейчас же их решить с помощью приобретенных знаний.

Припомню один случай, бывший в конце этого периода жизни. Товарищ отца – изобретатель (образованный лесничий) придумал вечный мотор, не уяснив себе законов гидростатики. Поговорив с ним, я тотчас же понял его ошибку, хотя и не мог его разубедить. Отец же верил ему. В Питере писали о его «успешном» изобретении в газетах. Но я оставался при своем мнении. Этот пример моей проницательности и твердости меня и потом радовал.

...Меня мучил такой вопрос – нельзя ли применить центробежную силу для того, чтобы подняться за атмосферу, в небесные пространства? И я придумал такую машину!

...Я был в восторге от своего изобретения, не мог усидеть на месте и пошел развеять душившую меня радость на улицу. Бродил ночью час-два по Москве, размышляя и проверяя свое открытие. Но, увы, дорогой уже понял, что заблуждаюсь... Однако недолгий восторг был так силен, что я всю жизнь видел этот прибор во сне: я поднимался на нем с величайшим очарованием...

***

...Мой учительский стаж – 40 лет ...Полторы тысячи учениц, окончивших среднюю, и около 500 мальчиков, кончивших высшую начальную школу.

Несмотря на глухоту, мне нравилось учительство. На уроках большую часть времени я отдавал решению задач. Это лучше возбуждало ум и самодеятельность учеников и не так было для детей скучно.

...Лучше всего не воспитывать. Действуйте на детей примером, пример – лучший воспитатель.

***

Жизнь несла мне много горечи и душа, кипящая радостным миром идей, помогла мне их перенести.

При советской власти, обеспеченный пенсией я смог свободнее отдаться своим трудам, и, почти незамеченный прежде, я возбуждал теперь внимание к своим paботам. Мой дирижабль был признан особенно важным изобретением. Для исследования реактивного движения образовались ГИРДы, а затем институт. О моих трудах и достижениях печаталось много статей в газетах и журналах... Я был награжден орденом Трудового Красного Знамени...

Долго на ракету я смотрел, как и все: с точки зрения увеселений и маленьких применений.

Не помню хорошо, как мне пришло в голову сделать вычисления, относящиеся к ракете.

...Явились желания, за желаниями возникла деятельность ума. Конечно, она ни к чему бы не повела, если бы не встретила помощи со стороны науки.

...Старый листок в моих рукописях с окончательными формулами, относящимися к реактивному прибору, помечен датою 25 августа 1898 года. Очевидно, занимался я им раньше. Но не жалкий полет ракеты пленил меня, а точные расчеты. Свои вычисления и выводы из них я обнародовал в 1903 году.

До 1903 года ракета была только игрушкой или имела ничтожные земные применения. Космическое ее значение в полной мере никем не предугадывалось, по крайней мере, не было определено научно.

...Истинное значение реактивных приборов начало публично выясняться только в 1903 году (с появлением моей работы в «Научном обозрении»).

Я многое открыл, что было уже открыто ранее меня. Значение таких работ я признаю только для самого себя, так как они давали мне уверенность в моих силах. Так же должны смотреть на свои открытия ученые, сделавшие их после меня. Обвинять в заимствованиях, конечно, без доказательств нельзя. Все же я думаю, что как мои запоздалые работы, так и других ученых отчасти навеяны отголосками ранее опубликованных трудов. Молва и печать их распространяет иногда и без указания источников. Печатная дата – вот, что решает спор о первенстве (приоритете) и значении ученого.

Почему я часто не упоминаю об источниках и не угощаю читателей мудростью энциклопедических словарей? Да потому, что это страшно увеличит размер работ, запутает и утомит читателя, заставит его бросить книгу. Времени и сил так мало! Моя цель – в малом и доступном объеме дать много. Горю стремлением внушить всем людям разумные и бодрящие мысли. Притом я тружусь самостоятельно и ново, только основы научны, стары и известны. Множество имен, мнений и дат мешает главному – усвоению истины. Дело специалистов исторических наук давать эти даты, имена и их противоречивые мнения.

***

Подан знак; началось взрывание, сопровождаемое оглушительным шумом. Ракета дрогнула и двинулась в путь. Мы чувствуем, что страшно отяжелели...

Испытываемая нами адская тяжесть будет продолжаться 113 секунд или около 2 минут, пока не окончится взрывание и его шум. Затем, когда наступает мертвая тишина, тяжесть так же моментально исчезает, как и появилась. Теперь мы поднялись за пределы атмосферы, на высоту 575 км. Тяжесть не только ослабла, она испарилась без следа...

С небольшим запасом взрывчатого материала мы можем сделаться спутниками Земли, поселиться в эфире, вне атмосферы, устраивать понемногу там космическое хозяйство, спускаться без затраты материала на Землю, опять подниматься с планеты с новыми запасами орудий, частей жилища и всего необходимого для солидного положения в эфире в качестве маленькой и близкой луны.

...Необходимы постоянные сношения с планетой. От нее придется получать машины, материалы, разные сооружения, продукты питания, людей. Неизбежен и частый обмен работников, ввиду необычности среды.

Уже потом мы будем производить все сами: не только то, что получили с Земли, но и большее. Однако и полученное с Земли должно быть приспособлено к эфирной пустоте.

Нужны особые жилища – безопасные, светлые, с желаемой температурой, с постоянным притоком пищи, с удобствами для жизни и работы. Эти жилища и все принадлежности для них должны доставляться ракетами с Земли в сложенном (компактном) виде, раскладываться и собираться в эфире по прибытии на место.

...Полеты за атмосферу повторяются. Реактивные приборы все более и более удаляются от воздушной оболочки Земли и пребывают в эфире все дольше и дольше. Все же они возвращаются, так как имеют ограниченный запас пищи и кислорода...

...Для получения кислорода, пищи и очищения ракетного воздуха придумывают особые помещения для растений. Человек достигает больше независимости от Земли, так как добывает средства жизни самостоятельно.

...Вокруг Земли устраиваются обширные поселения.

...Используют солнечную энергию не только для питания и удобств жизни (комфорта), но и для перемещения по всей солнечной системе.

...Основываются колонии в поясе астероидов и других местах солнечной системы, где только находят небольшие небесные тела.

...Развивается промышленность и размножаются невообразимо колонии.

...Достигается индивидуальное (личности, отдельного человека) и общественное (социалистическое) совершенство.

...Население солнечной системы делается в сто тысяч миллионов раз больше теперешнего земного. Достигается предел, после которого неизбежно расселение по всему Млечному Пути.

...Начинается угасание Солнца. Оставшееся население солнечной системы удаляется от нее к другим солнцам, к ранее улетевшим братьям.

...Когда истощится энергия Солнца, разумное начало оставит его, чтобы направиться к другому светилу, недавно загоревшемуся, во цвете силы...

Планета есть колыбель разума, но нельзя вечно жить в колыбели.

***

...Радий, разлагаясь непрерывно на более элементарную материю, выделяет из себя частицы разных масс, двигающиеся с поразительной, невообразимой скоростью, недалекой от скорости света. Так, выделяющиеся при этом атомы гелия двигаются со скоростью 30 – 100 тысяч километров в секунду; атомы гелия в четыре раза тяжелее атомов водорода; другие тельца, выделяемые радием, в 1000 раз легче водорода, но зато двигаются со скоростью 150 – 250 тысяч километров в секунду... Эти скорости в 6 – 50 тысяч раз больше скорости (в километрах) движения газов, вылетающих из жерла нашей реактивной трубы.

Поэтому, если бы можно было достаточно ускорить разложение радия или других радиоактивных тел, каковы, вероятно, все тела, то употребление его могло бы дать при одинаковых прочих условиях... такую скорость реактивного прибора, при которой достижение ближайшего солнца (звезды) сократится до 10 – 40 лет.

Тогда, чтобы ракета весом в тонну разорвала все связи с солнечной системой, довольно было бы шепотки радия...

...Как на земной поверхности совершается нескончаемый механический и химический круговорот веществ, так и в нашем маленьком мирке он может совершаться.

Из минералов мы можем нагреванием выделить гидратную кристаллизационную воду.

Вероятно, двумя путями будет идти дело добывания пищевых веществ: усовершенствованием растений и чисто химическим добыванием все более и более сложных органических веществ. Какой из этих способов опередит и даст больше экономии в утилизации солнечной энергии, сказать трудно. Во всяком случае, на первое время преимущество будет за растениями, так как без них сейчас питание человека невозможно.

Космос... переполнен жизнью даже высшею, чем человеческая.

...Даже с самой узкой точки зрения, у каждого солнца найдется хоть немного планет, пригодных к развитию органической жизни вроде земной.

...Мы с трудом представляем себе что-нибудь выше земных существ по своим качествам и техническим средствам. Вот почему, при таком узком кругозоре, мы не допускаем и не представляем возможность вмешательства иных существ в земные дела.

Развитие ума и познаний должно дать нечто общее. В самом деле, космос один, его законы однообразны, вещества одни и те же. Следовательно, познания жителей планет разных групп должны быть одинаковы. Вот и общее между всеми существами, достигшими совершенства: у них один ум, одно познание и одна цель — всеобщее и вечное счастье. Повторяю: понимание одного и того же космоса делает их самих сходными...

***

...Мы предполагаем, что человек, эволюционируя, превратился в существо, которому нипочем... новые условия существования. Он, как растение, не нуждается в хлебе и говядине, он покрыт прозрачной оболочкой, дающей ему необходимое давление и предохраняющей его от потери воды и газов. Внутри ее, лучами Солнца образуются (как в растении) необходимый ему кислород и пища. Он поглощает их, как животное, но негодные продукты (моча, углекислый газ и прочее) перерабатываются лучами Солнца опять в кислород и питательные вещества. Продукты его жизненных выделений нисколечко его не отравляют, а, напротив, питают! Чувства и разум его не только не падают, но еще возвышаются.

...Одновременно будут развиваться: человек, наука и техника. От того, другого и третьего преобразуется вид Земли. Начнем с технического прогресса. Прежде всего... увеличат, с помощью машин, в сотни раз производительность рабочего. Сделают труд его во всех отраслях совершенно безопасным, безвредным для здоровья, даже приятным и интересным. Сократится время поденной работы до 4 – 6 часов. Остальное отдадут свободному, необязательному труду, творчеству, развлечению, науке, мечтам...

Если мы уже теперь имеем возможность немного верить в бесконечность человечества, то что будет через несколько тысяч лет, когда возрастут наши знания и разум!

...Нет конца жизни, конца разуму и совершенствованию человечества. Прогресс его вечен. А если это так, то невозможно сомневаться и в достижении бессмертия.

Смело же идите вперед, великие и малые труженики земного рода, и знайте, что ни одна черта из ваших трудов не исчезнет бесследно, но принесет вам в бесконечности великий плод».

(Слайд 67)