Циолковский Константин Эдуардович. К 150-летию со дня рождения. 1857–1935 гг.

Константин Эдуардович Циолковский (1857-1935) выдающийся исследователь, крупнейший ученый в области воздухоплавания, авиации и космонавтики, подлинный новатор в науке, родился 5(17) сентября 1857 года в селе Ижевском Рязанской губернии в семье лесничего Эдуарда Игнатьевича Циолковского. Он рос смышленым, любознательным и впечатлительным ребенком. Уже в эти годы формировался характер будущего ученого - самостоятельный, настойчивый и целеустремленный. "Я думаю, что получил соединение сильной воли отца с талантливостью матери", - писал впоследствии К.Э.Циолковский.

В 10-летнем возрасте его постигло большое несчастье - заболел скарлатиной и в результате осложнения почти полностью потерял слух. Выдающиеся способности, склонность сына к самостоятельной работе и изобретательству заставили отца задуматься над его дальнейшим образованием. Константину Эдуардовичу было 16 лет, когда отец решил отправить его в Москву для продолжения учебы. Три года самостоятельных целеустремленных занятий в библиотеке Румянцевского музея обогатили юношу знаниями в области математики, физики и астрономии. После возвращения из Москвы осенью 1879 года Константин Эдуардович экстерном сдал экзамен в Рязанской гимназии на звание учителя уездных училищ и спустя три месяца получил назначение в небольшой городок Боровск Калужской губернии. В течение 12 лет Циолковский жил и работал в Боровске, преподавая арифметику и геометрию. Там же он женился на Варваре Евграфовне Соколовой, ставшей его верной помощницей и советчицей, матерью его семерых детей. Учительствуя, Константин Эдуардович начал заниматься научной работой. Уже в 1883 году он написал работу "Свободное пространство", в которой сделал важный вывод о возможности использования реактивного движения для перемещения в мировом пространстве. Почти всю жизнь Циолковский много занимался вопросами воздухоплавания.

Его первая научная работа по воздухоплаванию "Аэростат металлический, управляемый" увидела свет в 1892 году. В этом же году в связи с переводом Константина Эдуардовича в Калужское уездное училище семья Циолковских переехала в Калугу. Многие годы семье пришлось жить на частных квартирах, прежде чем удалось приобрести на окраине города небольшой домик. В 1903 году в журнале "Научное обозрение" № 5 появилась первая статья К. Э. Циолковского по ракетной технике "Исследование мировых пространств реактивными приборами". В этом труде ученый впервые для реального осуществления космического полета предложил проект жидкостной ракеты, обосновал теорию ее полета. Первая часть статьи "Исследование мировых пространств реактивными приборами" прошла незамеченной для широких научных кругов. Вторая часть, опубликованная в журнале "Вестник воздухоплавания", увидела свет в 1911-1912 годах и вызвала большой резонанс. Известные популяризаторы науки и техники В.В.Рюмин, Я.И.Перельман и Н.А.Рынин занялись распространением космических идей Циолковского, стали со временем его настоящими друзьями. Большую помощь оказывали ученому и многочисленные калужские друзья: В.И.Ассонов, П.П.Каннинг, С.Е.Еремеев, а позднее А.Л.Чижевский и С.В.Щербаков. В 1914 году Константин Эдуардович издал отдельной брошюрой "Дополнение к "Исследованию мировых пространств реактивными приборами". Научная деятельность занимала все свободное время К.Э.Циолковского, но основной в течение многих лет все же была учительская работа. Его уроки вызывали у учащихся интерес, давали им практические навыки, знания. Только лишь в ноябре 1921 года в возрасте 64 лет Константин Эдуардович оставил педагогическую работу.

После Великой Октябрьской социалистической революции его научная деятельность получила поддержку государства. В 1918 году он был избран членом Социалистической академии. В 1921 году ему была назначена повышенная персональная пенсия. Внимание правительства к научно-исследовательской работе ученого способствовало признанию его работ, росту популярности. В 1932 году К.Э.Циолковскому исполнилось 75 лет. Это событие было отмечено торжественными заседаниями в Москве и Калуге. Правительство наградило ученого орденом Трудового Красного Знамени за "особые заслуги в области изобретений, имеющих огромное значение для экономической мощи и обороны Союза ССР". Вручение ордена состоялось в Кремле 27 ноября 1932 года. Принимая орден, К.Э.Циолковский сказал: "Я могу отблагодарить Правительство за эту высокую награду только своими трудами. Благодарить словами не имеет никакого смысла".

Ученый с новыми силами взялся за работу, он по-прежнему много внимания уделял научной работе, пропаганде научных знаний, вел большую общественную работу. Встречался с рабочими, учеными, колхозниками, часто выступал перед молодежью, был консультантом научно-фантастического фильма "Космический рейс". В августе 1935 года здоровье Циолковского резко ухудшилось. 13 сентября он продиктовал свое завещание. 19 сентября 1935 года К.Э.Циолковского не стало. Похоронили его в Калуге в Загородном саду (ныне парк его имени).

Работы по авиации

Работы К.Э.Циолковского по авиации занимают значительное место в научном творчестве ученого. Первый в мире самолет, на котором была установлена паровая машина, был построен в России Александром Федоровичем Можайским в 1881 году. Затем к созданию самолетов приступил целый ряд энтузиастов в России, Франции, США, Англии и других странах. Уже в первые десятилетия XX века были созданы самолеты, способные летать благодаря мощности собственного мотора и выполнять полет в течение минут, а затем и часов. К.Э.Циолковский внимательно следил за достижениями авиаконструкторов и летчиков. Совершенствование двигателей внутреннего сгорания сделало возможным создание легкого и достаточно мощного авиационного двигателя. Первыми поставили на самолет двигатель внутреннего сгорания американские механики братья Райт. Первый полет был совершен ими в 1903 году. К.Э.Циолковский в 1894 году опубликовал свой труд "Аэроплан или птицеподобная (авиационная) летательная машина". Знаменательно не только то, что Циолковский предложил схему моноплана со свободнонесущими крыльями, близкую современной, но и то, что он подробно ее исследовал, проанализировал как с точки зрения прочности конструкции, так и с точки зрения аэродинамики.

В изданной в 1929 году работе "Новый аэроплан" Циолковский дал описание конструкции самолета, состоящей из нескольких веретенообразных полых тел, образующих крыло. В этой, как и в последующих работах по авиации, Циолковский обосновал неизбежность замены поршневых двигателей с воздушным винтом реактивными двигателями. В работе "Реактивный аэроплан" (1930г.) он дал критическое сравнение самолетов поршневых с реактивными самолетами и доказал возможность создания реактивного самолета с неизмеримо большими скоростями. Схема и расчет стратосферного самолета с двигателем, который мы сейчас относим к воздушно-реактивным, даны ученым в работе "Стратоплан полуреактивный" (1932г.). "За эрой аэропланов винтовых должна следовать эра аэропланов реактивных или аэропланов стратосферы", - писал он. Проблеме создания двигателя и высококалорийного горючего для реактивного самолета посвящен целый ряд работ Циолковского: "Реактивный двигатель" (1929г.), "Как увеличить энергию взрывных тепловых двигателей" (1931г.) и "Сжиматель газа" (1931г.). Профессор В.А.Семенов, исследователь трудов К.Э.Циолковского в области авиации, писал "В своих трудах К.Э.Циолковский на основе развитой научной интуиции и чисто теоретических соображений предвидел конкретные формы на обозримом пути развития авиации".

Работы по аэродинамике

К.Э.Циолковский начал заниматься вопросами аэродинамики с середины 80-х годов XIX века, когда методы экспериментального исследования были несовершенны. Работы Циолковского по теоретической и экспериментальной аэродинамике были, несомненно, обусловлены необходимостью дать более точное понимание подъемной силы и лобового сопротивления и, следовательно, более строго обосновать аэродинамические расчеты дирижабля и аэроплана. После многочисленных экспериментов в естественных условиях ученый пришел к идее испытания моделей в искусственном потоке воздуха. С этой же целью в 1897 году Циолковский построил первую в России аэродинамическую трубу с открытой рабочей частью ("воздуходувку", по терминологии ученого). "Воздуходувка" Циолковского отличалась равномерным потоком воздуха, что достигалось впервые примененной, ориентируемой по воздушному потоку решеткой и чувствительным прибором для измерения сил сопротивления.

Цикл экспериментов, проведенных ученым в аэродинамической трубе, дал огромный исследовательский материал, обработка которого позволила выявить важнейшие закономерности в аэродинамике дозвуковых скоростей. Результаты исследования Циолковский опубликовал в 1898 году в статье "Давление воздуха на поверхности, введенные в искусственный воздушный поток", которая явилась первой публикацией по вопросам аэродинамики. Предвидение ученого о значении аэродинамических труб, его программа работ по экспериментальной аэродинамике получили полное подтверждение в дальнейшем развитии авиации и воздухоплавания. Еще в конце XIX века К.Э.Циолковский писал: "Я мечтаю о построении обсерватории по сопротивлению воздуха...В ней было бы удобно хранить модели и производить опыты неопределенное число лет, потому что дело это великое, чрезвычайно великое, как океан". (Центральный аэрогидродинамический институт - ЦАГИ - был создан в 1918 году, в настоящее время является одним из крупнейших в мире центров аэрогидродинамических исследований.) Исследователь творчества К.Э.Циолковского А.А.Космодемьянский писал: "С горечью приходится отмечать, что большинство результатов по экспериментальной аэродинамике не было опубликовано в дореволюционной России, поэтому многие его выводы о законах сопротивления воздуха были повторены в XX веке другими исследователями".

Работы по воздухоплаванию

К.Э.Циолковский проблеме воздухоплавания посвятил более 50 трудов. "Мысль о металлическом аэростате засела у меня в мозгу. Иногда она меня утомляла, и тогда я по месяцам занимался другим, но в конце концов я возвращался к ней опять", - писал ученый в своей работе "Простое учение о воздушном корабле и его построении". К систематическим исследованиям в области воздухоплавания К.Э.Циолковский приступил в 1885 году. Уже через год он закончил первый большой научно-теоретический труд "Теория аэростата, имеющего в горизонтальном направлении удлиненную форму" и в 1887 году в Москве на заседании физического отделения Общества любителей естествознания сделал доклад о результатах своих исследований. К.Э.Циолковский сразу же поставил перед собой труднейшую задачу - создать такой дирижабль, который был бы наиболее совершенным, безопасным для пассажиров, прочным, простым в эксплуатации, наиболее выгодным экономически. Он пришел к выводу о необходимости строить корабль целиком из металла. Этой идее цельнометаллического дирижабля ученый оставался верен всю жизнь.

Свои технические идеи Константин Эдуардович всегда подтверждал математическим анализом и опытным моделированием. Ученый вводил простейшую систему изменения объема несущего газа как для выдерживания заданной высоты полета при различных температурах, так и для совершения маневров. При этом дирижабль Циолковского не нуждался в балласте. Система блоков и тросов внутри оболочки обеспечивала изменения ее объема в зависимости от высоты полета дирижабля, его горизонтальную устойчивость. В 1890 году Константин Эдуардович послал свою статью "О возможности построения металлического аэростата" вместе с бумажной моделью в Русское физико-химическое общество Д.И.Менделееву, который переслал ее со своим отзывом в VII (воздухоплавательный) отдел Русского технического общества. Работа ученого была рассмотрена и одобрена, но никакой практической поддержки ему оказано не было. Несмотря на это, Циолковский продолжал упорно работать. Он публиковал свои работы, строил модели, проводил эксперименты. В 1914 году Константин Эдуардович выезжал в Петербург на III съезд воздухоплавания, где был заслушан его доклад о цельнометаллическом дирижабле.

Проект воздушного корабля Циолковский дал еще в 1892 году в работе "Аэростат металлический, управляемый". В работах "Возможен ли металлический аэростат?", "Простое учение о воздушном корабле и его построении", "Аэростат и аэроплан" и многих других ученый приводил теоретические обоснования деталей конструкций дирижабля, разъяснял свои технические замыслы. Циолковский фактически выдвинул программу поэтапного дирижаблестроения - от эксперимента, моделирования, научно-теоретических обобщений до поисков совершенно новых решений и их осуществления в рабочих чертежах, при обязательном соблюдении ранее выдвинутых им положений, гарантирующих полную безопасность пассажиров и экипажа. Все это составляет научную и практическую ценность теоретических работ Циолковского по дирижаблям. Циолковский пытался заинтересовать идеями управляемого аэростата зарубежных ученых. В 1893 году он послал свои труды по воздухоплаванию вместе с моделью дирижабля во Французскую Академию наук. Желая защитить приоритет России в воздухоплавании, Циолковский запатентовал свои изобретения в девяти зарубежных странах.

Однако К.Э.Циолковскому не удалось осуществить мечты о создании дирижабля. Попытка построить дирижабль Циолковского в 1931 году на комбинате "Дирижаблестрой" не увенчалась успехом, главным образом из-за низкого по тому времени технологического уровня. Но постройка и испытание модели дирижабля объемом 1000 кубических метров убедили инженеров в справедливости основных теоретических положений ученого о преимуществах его цельнометаллического дирижабля. В наше время жизнь выдвигает новые задачи перед воздушным транспортом. Этим и объясняется все возрастающий интерес, который проявляют к воздухоплавательному транспорту специалисты разных стран.

Работы по космонавтике

Основное место в научном творчестве К.Э.Циолковского занимают вопросы ракетодинамики и космонавтики. Наиболее ранние записи К.Э.Циолковского по вопросам межпланетных сообщений относятся к 1878-1879 годам, когда он начал составлять "астрономические чертежи", тогда же им был сконструирован прибор для изучения действия на живой организм ускорения силы тяжести. Первой научной работой, в которой ученый высказал мысль о возможности использования принципа реактивного движения для перемещения в мировом пространстве, была монография "Свободное пространство" (1883г.).

В 1903 году в журнале "Научное обозрение" № 5 К.Э.Циолковский опубликовал работу "Исследование мировых пространств реактивными приборами", в которой впервые была научно обоснована возможность осуществления космических полетов при помощи жидкостных ракет и даны основные расчетные формулы их полета. Константин Эдуардович был первым в истории науки, кто строго сформулировал и исследовал прямолинейное движение ракет как тел переменной массы. В архиве Российской Академии наук сохранился листок, датированный 10 мая 1897 года, на котором была дана формула, устанавливающая зависимость между скоростью ракеты в любой момент времени, скоростью истечения газа из сопла двигателя, массой ракеты и массой израсходованных взрывчатых веществ: Vmax = V * Ln ( Мо / Мk ) = V * Ln ( 1+Мт / Мk ), где: Vmax - скорость ракеты; V - эффективная скорость истечения продуктов сгорания из сопла ракетного двигателя; Мо - начальная (стартовая) масса ракеты; Mk - масса ракеты без топлива (в конце работы ракетного двигателя на активном участке траектории полёта ракеты); Мт - масса выгоревшего топлива.

Открытие К.Э.Циолковского указало основные пути совершенствования ракет: повышение скорости истечения газа и увеличения относительного запаса горючего. Вторая часть труда "Исследование мировых пространств реактивными приборами" была опубликована в 1911-1912гг. в журнале "Вестник воздухоплавания". В 1914 году вышло дополнение к первой и второй части труда того же названия отдельной брошюрой в издании автора. В 1926 году работа "Исследование мировых пространств реактивными приборами" была переиздана с некоторыми дополнениями и изменениями. Особенностью творческого метода ученого было единство научно-теоретического исследования и анализ и разработка возможных путей их практического осуществления. К.Э.Циолковский научно обосновал проблемы, связанные с ракетным космическим полетом. Детально рассмотрел все, что касается ракеты (одно- и многоступенчатой): законы движения ракеты, принцип ее конструкции, вопросы энергетики, управления, проведение испытаний, обеспечения надежности систем, создание приемлемых условий обитаемости и даже подбор психологически совместимого экипажа. Циолковский не ограничился тем, что указал на средство проникновения человека в космос — ракету, но и дал подробное описание двигателя. Пророческими оказались его идеи о выборе жидкого двухкомпонентного топлива, о регенеративном охлаждении камеры сгорания и сопла двигателя компонентами топлива, керамической изоляции элементов конструкции, раздельном хранении и насосной подаче компонентов топлива в камеру сгорания, об управлении вектором тяги путем поворота выходной части сопла и газовыми рулями. Думал Константин Эдуардович и о возможности использования других видов топлива, в частности, энергии распада атомов. Мысль об этом он высказал в 1911 году. В том же году К.Э.Циолковский выдвинул идею создания электрореактивных двигателей, указав, что "может быть с помощью электричества можно будет со временем придавать громадную скорость выбрасываемым из реактивного прибора частицам".

Ученый рассмотрел многие конкретные вопросы, касающиеся устройства космического корабля. В 1926 году К.Э.Циолковский для достижения первой космической скорости предложил применить двухступенчатую ракету, а в 1929 году в работе "Космические ракетные поезда" дал стройную математическую теорию многоступенчатой ракеты, в 1934-1935 гг. в рукописи "Основы построения газовых машин, моторов и летательных аппаратов" предложил еще один способ достижения космических скоростей, получивший название "эскадры ракет". Особенно большое значение придавал ученый проблеме создания межпланетных станций. В решении этой задачи он видел возможность осуществления давней мечты о завоевании человеком околосолнечного пространства, создания в будущем "эфирных поселений". К.Э.Циолковский наметил грандиозный план завоевания мировых пространств, который в настоящее время успешно осуществляется.

Перу К.Э.Циолковского принадлежит много научно-фантастических произведений: "Вне Земли", "На Луне", "Грезы о Земле и небе и эффекты всемирного тяготения" и другие, которые являются прекрасным образцом научно-фантастической литературы. В них глубоко научно излагаются основные положения науки о звездоплавании, принципиальные основы устройства средств ракетной техники, подчеркивается значение для людей освоения просторов Вселенной. В повести "Вне Земли" красной нитью проходит идея интернационализма в космических исследованиях. Работы К.Э.Циолковского по ракетодинамике и теории межпланетных сообщений были первыми строго научными изысканиями в мировой научно-технической литературе. "Время иногда неумолимо стирает облики прошлого, но идеи и труды Константина Эдуардовича будут все более и более привлекать к себе внимание по мере дальнейшего развития ракетной техники", - такую оценку Циолковскому-ученому дал С.П.Королев.

Формула Циолковского - основное уравнение движения ракеты, определяющее её характеристическую скорость; опубликована К.Э.Циолковским в 1903 году в работе "Исследование мировых пространств реактивными приборами". По формуле Циолковского определяется максимальная скорость, которую может получить одноступенчатая ракета в идеальном случае, когда её полёт происходит не только вне пределов атмосферы, но и вне пределов поля тяготения Земли. Циолковский считает начальную скорость ракеты равной нулю. Формула Циолковского часто записывается в виде: Vmax = V * Ln ( Мо / Мk ) = V * Ln ( 1+Мт / Мk ), где: Vmax - скорость ракеты; V - эффективная скорость истечения продуктов сгорания из сопла ракетного двигателя; Мо - начальная (стартовая) масса ракеты; Mk - масса ракеты без топлива (в конце работы ракетного двигателя на активном участке траектории полёта ракеты); Мт - масса выгоревшего топлива. Формула Циолковского даёт только верхнюю границу скорости ракеты. Действительная конечная скорость всегда будет меньше вследствие неизбежных потерь (преодоление силы тяготения при подъёме ракеты, сил аэродинамического сопротивления и др.). Формула Циолковского распространяется также на составные ракеты, для отдельных ступеней которых характеристические скорости складываются: Vmax = — Sum ( Vi * Ln ( mki ) ) где: i - номер ступени; V - эффективная скорость истечения продуктов сгорания из сопла ракетного двигателя; mki = Мki / М0i - относительная конечная масса ступени (при вычислении суммарная масса последующих ступеней считается полезным грузом); зависит главным образом от конструктивного совершенства ракетного двигателя, ракеты, вида применяемого топлива и относительной массы полезного груза (для ступени составной ракеты - относительной массы последующих ступеней).

Фундаментальная формула Циолковского показывает, что скорость, приобретённая ракетой при прямолинейном движении и отсутствии внешних сил, прямо пропорциональна эффективной скорости истечения реактивной струи, т. е. основной характеристике ракетного двигателя - удельному импульсу тяги, а также логарифму относительной конечной массы. Таким образом, возможности ракеты в первую очередь определяются удельным импульсом её ракетного двигателя и массовым совершенством её конструкции. Формулой Циолковского можно пользоваться и в том случае, если силы сопротивления и силы тяжести малы по сравнению с реактивной силой. Число Циолковского - отношение массы рабочего запаса топлива Мт к конечной массе Мk ракеты или её ступени. Число Циолковского однозначно связано с относительной конечной массой ракеты (ступени) mk = Мk / Мо соотношением: Мт / Мk = — 1 + 1 / mk Число Циолковского — один из основных параметров, входящих в формулу Циолковского; зависит главным образом от конструктивного совершенства ракеты, вида применяемого топлива и относительной массы полезного груза (для ступени составной ракеты - относительно начальной массы последующих ступеней).

Философские сочинения К.Э.Циолковского

К.Э.Циолковским написано 181 произведение философского характера (эта цифра составляет 33,1% от общего числа работ "калужского мыслителя"). По жанру эти произведения могут быть классифицированы как книги, статьи и заметки (134), ответы на вопросы читателей и корреспондентов (25), отчеты о проделанной работе (2), обзоры, перечни написанных и опубликованных трудов (19), интервью (1). Кроме того в личном архиве Циолковского сохранилось 112 подготовительных материалов к философским произведениям - выписок, планов, заметок, набросков (32,6% от общего числа дошедших до нас "творческих заготовок" основоположника космонавтики).

Философские тексты Циолковского существуют в виде рукописей и публикаций. Их крайние даты май 1887г. - май 1935г. Характерно, что подавляющее число философских произведений (172 из 181) и подготовительных материалов (110 из 112) относятся к последним двум десятилетиям жизни и творчества Циолковского. Хотя цифра, характеризующая объем философских сочинений мыслителя, внушительна, они далеко не равнозначны с точки зрения подготовленности к вынесению их на суд читательской аудитории. Пожалуй, большинство из них остались не доведенными до такой степени "зрелости" текста, которая позволяет автору ввести свой труд в широкий культурный оборот. Сам Циолковский опубликовал только 35 (из 181) философских произведений. Изучение степени завершенности его философских текстов показывает, что эта цифра ненамного возросла бы, даже имей он самые благоприятные финансовые и идеологические условия для их издания. Хотя познавательный и исследовательский интерес представляют, естественно, все философские тексты Циолковского, среди них выделяется несколько этапных произведений, наиболее полно и четко отразивших взгляды и убеждения ученого. К ним относятся: - статьи "Научные основания религии" (1898г.), "Нирвана" (1924г.), "Бог милосерд" (1915г.), "Горе и гений" (1916г.), "Наука и вера" (1917г.); - цикл "Мысли о лучшем общественном устройстве", включивший сочинения "Этика или естественные основы нравственности" (1903-1918-1928гг.), "Идеальный строй жизни" (1917г.), "Приключения атома" (1917-1918гг.), "Общественный строй" (1917-1918гг.), "Свойства человека" (1917-1918гг.), "Богатства Вселенной" (1919-1920гг.); - цикл "Евангельских преданий" (1918-1926гг.); - статьи и заметки "Монизм Вселенной" (1925г., 1931г.), "Причина космоса" (1925г.), "Двигатели прогресса" (1927-1928гг.), "Ум и страсти" (1928г.), "Любовь к самому себе или истинное себялюбие" (1928г.), "Воля Вселенной" (1928г.), "Неизвестные разумные силы" (1928г.), "Общественная организация человечества" (1928г.), "Научная этика" (1930г.), "Монистический материализм" (1931г.), "Есть ли бог" (1925г., 1931-1932гг.), "Ничего нет (Мысли безбожника)" (1932г.), "Космическая философия" (1935г.). Философские сочинения Циолковского несут на себе отпечаток влияния на его мировоззрение многих и зачастую самых противоречивых систем. Не случайно, Циолковский неоднократно замечал: "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...". Совокупность идей, гипотез, тезисов, составивших содержание его философских сочинений, Циолковский назвал "Космической философией". Ее центральным элементом стало смоделированное с помощью научных методов учение о смысле жизни и постижении его в процессе реализации нравственной практики. Иными словами, ядром „Космической философии", по утверждению самого Циолковского, является этика.

Главная страница раздела