Невозможное сегодня станет возможным завтра: 5 гениальных идей Константина Циолковского
Вклад мыслителя в отечественную и мировую науку поистине колоссален – его революционные идеи помогли сделать первые шаги к далеким звёздам и в конечном итоге покорить космическое пространство.
Будущий основоположник теоретической космонавтики появился на свет 5 сентября 1857 года в селе Ижевское под Рязанью. Отец семейства, Эдуард Игнатьевич, трудился лесничим в Пронском лесничестве Спасского уезда Рязанской губернии. Род Циолковских вёл свое начало от польских дворян, помещиков Плоцкого воеводства. Известно, что к концу XVIII века род сильно обеднел, со временем о дворянском происхождении остались лишь воспоминания – которые, впрочем, Эдуард Циолковский бережно хранил. Его супруга, Мария Ивановна Юмашева, происходила из рода мелкопоместных дворян, окончила гимназию, изучала латынь, математику и другие науки.
Детство Константина Циолковского, по сути, закончилось в девятилетнем возрасте - мальчик серьезно простудился на прогулке зимой, заболел скарлатиной, из-за осложнения почти лишился слуха. Когда будущему ученому было 12 лет, погиб его старший брат Дмитрий, а через год скончалась его мать. Тугоухость была серьезным препятствием на пути к науке - мальчик очень хотел учиться, вместе с братом Игнатием поступил в гимназию в Вятке, однако преподавателей он почти не слышал, поблажек юноше никто не делал. Свалившееся на Циолковского семейное горе еще больше усугубило положение - успеваемость стала более чем удручающей и в конце концов с третьего года гимназии Константина отчислили. Всеми знаниями Циолковский в итоге овладел самостоятельно - упорный юноша занимался дома, черпая мудрость в обширной библиотеке своего отца.
В 1873 году Константин Циолковский отправляется в Москву - поступать по наказу отца в Высшее техническое училище (ныне МГТУ им. Баумана). В училище юноша по каким-то причинам не поступил, но занятия наукой не бросил - живя впроголодь, он днями напролет штудировал книги в Чертковской публичной библиотеке. Там он познакомился со знаменитым мыслителем, основоположником русского космизма Николаем Федоровичем Федоровым. Федоров служил помощником библиотекаря и по сути составлял для Циолковского программу занятий. Молодой человек начал с физики и математики, затем последовали дифференциальное и интегральное исчисление, высшая алгебра, аналитическая и сферическая геометрия, астрономия, механика, химия - вся гимназическая программа и часть университетской были пройдены всего за три года.
В 1876 году Циолковскому пришлось вернуться в Вятку, так как его отец более не мог оплачивать его жизнь в столице. Полученные знания позволили молодому человеку стать репетитором. Основой его методики преподавания стала наглядная демонстрация - геометрию яснее всего можно было усвоить, мастеря многоугольники из бумаги, а физику или химию - при помощи опытов. В это же время здоровье Циолкрвского дает еще один серьезный сбой - к тугоухости добавляются проблемы со зрением.
Судьба испытывала Константина Циолковского на прочность бесчисленное множество раз - так, после переезда в Рязань ему, безвестному репетитору, пришлось держать экзамен для продолжения преподавательской деятельности и за невероятно короткие сроки изучить грамматику, богословие и катехизис - предметы, никогда не интересовавшие ученого. А после успешной сдачи экзамена Циолковского послали по распределению в Боровское уездное училище Калужской губернии, о дикости нравов хорошо известно из дневниковых записей и писем ученого.
В Боровске Циолковский продолжил оттачивать свою манеру преподавания, продолжал штудировать научные труды, работал над собственными исследованиями, создавал чертежи, ставил опыты. Здесь же ученый женился на Варваре Соколовой, у пары родилось семеро детей.
В 1892 году семейство ученого переехало в Калугу по ходатайству директора народных училищ Унковского. Именно здесь родились основные труды Константина Циолковского по космонавтике, теории реактивного движения, космической биологии и медицине, философские работы, сформулирована философия монизма, написаны статьи об идеальном обществе будущего.
"Вечерняя Москва" предлагает вспомнить революционные идеи Константина Циолковского.
1. Первый проект ракеты дальнего действия
В 1903 году в статье "Исследование мировых пространств реактивными приборами" Циолковский доказал, что аппаратом, способным совершить космический полет, является ракета. Предложенный ученым проект ракеты дальнего действия предполагал продолговатый металлический корпус-камеру с жидкостным реактивным двигателем. В качестве горючего использовать предлагалось жидкие водород и кислород. Управление полета ракеты должно было осуществляться при помощи газовых рулей. Понимание у мирового научного сообщества эта разработка получила только в 1911 году, после опубликования второй части труда, где были представлены вычисления работы по преодолению силы земного тяготения, определена скорость, необходимая для выхода аппарата в Солнечную систему, и время полета.
Для космических полетов, по мнению Циолковского, необходимы были многоступенчатые ракеты - "ракетные поезда" - ученый разработал два типа таких аппаратов, с последовательным и параллельным соединением. Также был произведен точный расчет количества топлива, необходимого для достижения скорости отрыва и выхода в околоземное пространство.
2. Дозаправка ракеты в полете
Циолковский установил, что конечная скорость ракеты зависит от скорости вытекающих из нее газов и от того, во сколько раз вес топлива превышает вес пустой ракеты. Рассчитывая взлетный вес ракеты в зависимости от топлива, ученый разработал схему "переливания" топлива на ходу от ракеты в ракету. На примере это объяснялось так: при старте 32 ракет 16 из них, выработав половину топлива, "питают" остальные 16, затем цепочка повторяется с двумя группами 8 ракет, потом четырех, в итоге до цели долетает одна ракета.
3. Формула Циолковского
В рукописи "Ракета" от 10 мая 1897 года ученый сформулировал формулу расчета характеристической скорости летательного аппарата - то есть, скорости под воздействием тяги ракетного двигателя, неизменной по направлению, при отсутствии всех других сил.
По формуле Циолковского определяется максимальная скорость, которую может получить одноступенчатая ракета в идеальном случае, когда ее полет происходит не только вне пределов атмосферы, но и вне пределов поля тяготения Земли. Начальную скорость ракеты считают равной нулю.
Формула Циолковского 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.
Отметим, что действительная скорость ракеты всегда будет меньше вследствие внешних воздействий. Тем не менее, формула Циолковского (в преобразованном виде) составляет важную часть современного математического аппарата, используемого при проектировании ракет, в частности, при определении их основных массовых характеристик.
4. Аэродинамическая труба
В 1897 году Циолковский построил первую в России аэродинамическую трубу с открытой рабочей частью. Изобретение позволило испытывать модели летательных аппаратов в искусственном потоке воздуха. Для поддержания равномерного потока воздуха использовалась ориентируемая по воздушному потоку решетка и прибор для измерения сил сопротивления.
Полученные в результате экспериментов данные о закономерностях в аэродинамике дозвуковых скоростей были опубликованы в 1898 году в работе "Давление воздуха на поверхности, введенные в искусственный воздушный поток".
5. Моноплан со свободнонесущими крыльями
В опубликованном в 1894 году труде "Аэроплан или птицеподобная (авиационная) летательная машина" Циолковский предложил схему моноплана со свободнонесущими крыльями, близкую современной, исследовав механизм как с точки зрения прочности конструкции, так и с точки зрения аэродинамики. Ученый первым обосновал положение о необходимости улучшения обтекаемости фюзеляжа аэроплана в целях получения больших скоростей. Удивительно, но факт - разработанный Циолковским аэроплан по внешнему виду и аэродинамической компоновке предвосхищал конструкции самолетов, появившихся через полтора десятилетия.
ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ: