Космохроника Калуги. Циолковский придумывает ракеты и предсказывает будущее
Это вторая публикация из нашего спецпроекта «Космохроника Калуги», посвященного 60-летию первого полёта человека в космос. В этой рубрике мы рассказываем об интересных фактах, объединяющих калужский край с космонавтикой.
По этой ссылке вы найдёте первую публикацию, а сейчас мы продолжим свой рассказ о калужском гениальном учёном — Циолковском.
Вопросы ракетодинамики и космонавтики занимали в деятельности К. Э. Циолковского центральное место и красной нитью прошли через все его изыскания — с начала 1880-х годов вплоть до ухода из жизни в 1935-м. Он высказал множество технических идей, которые во многом предвосхитили строительство настоящего космического корабля, а также многие вопросы, связанные с полетом человека в мировое пространство.
В монографии 1883 года «Свободное пространство» он впервые высказал мысль о возможности использования принципа реактивного движения для перемещения в мировом пространстве.
В 1903 года ученый опубликовал работу «Исследование мировых пространств реактивными приборами», в которой впервые научно обосновал возможность космических полетов посредством жидкостных ракет. В этой же работе Циолковский привел расчетные формулы полета летательных аппаратов. Ученый стал первым человеком в мире, кто сформулировал и исследовал прямолинейное движение ракет как тел переменной массы. Он рассчитал формулу, которая установила зависимость между скоростью ракеты в любой момент времени, скорость истечения газа из сопла двигателя, массой ракеты и массой израсходованных взрывчатых веществ. Это открытие имело большое практическое значение, поскольку указало главные пути совершенствования ракет, а именно повышение скорости истечения газа и увеличения относительного запаса горючего.
«Скромный калужский учитель» глубоко прорабатывал каждый поставленный вопрос. Он не ограничился лишь указанием главного средства проникновения человека в космос — ракеты, дав подробное описание двигателя. Ряд его идей оказались пророческими, и в так или иначе нашли воплощение в реальном строительстве космического корабля спустя много десятков лет. Среди них — жидкое двухкомпонентное топливо, регенеративное охлаждение камеры сгорания и сопла двигателя компонентами топлива, керамическая изоляция элементов конструкции, раздельное хранение и насосная подача компонентов топлива в камеру сгорания, управление вектором тяги через поворот выходной части сопла и газовыми рулями.
Много времени Циолковский уделял чертежам-схемам и эскизам космического корабля. Он детально разрабатывал конкретные элементы судна, высказав впервые многие идеи, которые в дальнейшем были воплощены на практике.
Корабль Циолковского был поделен на отсеки, в верхнем из которых находился пульт управления. Ученый предположил, что во время полетов космонавтам предстоит «выход из ракеты без потери воздуха» в специальной одежде, и создал первые эскизы шлюзовой камеры и космического скафандра.
Циолковский предложил метод регулирования температуры внутри ракеты. Для этого, по его мнению, необходимо было покрыть часть поверхности судна рядом блестящих пластинок. Поворачиваясь, они должны были то закрывать, то открывать черную поверхность камеры. Спустя многие годы эта идея была воплощена в жизнь: система терморегулирования посредством жалюзи нашла применение в космических кораблях.
Во втором отсеке ракеты Циолковского находились баллоны с запасом кислорода и противоперегрузочные ванны. Ученый стал первым исследователем, который поставил ряд актуальных проблем будущей биоастронавтики. Он предугадал, что длительное пребывание человека в невесомости скажется на его физическом состоянии и может быть труднопереносимым. И для решения этой проблемы предложил использование противоперегрузочных ванн с жидкостью близкой к плотности тела человека, что дало бы возможность легче переносить перегрузки при взлете и посадки корабля. Кроме того, Циолковский предложил создавать искусственное поле тяготения через вращение космической станции или жилых отсеков.
Ученый первый высказал идею об использовании солнечной энергии. Он предложил использовать солнечные батареи на внешней поверхности корпуса. Минули десятилетия, и солнечная энергия нашла широкое применение в космической технике.
Третий отсек Циолковский отводил под насосы для подачи топлива. Ученый предусматривал автоматическую регуляцию процесса горения в двигателе. Поскольку температура в камере достигала 4000 градусов, ученый предложил способ охлаждения стенок с помощью одного из компонентов топлива.
Ракета Циолковского управлялась газовыми рулями, помещенными в потоке реактивной струи. Ученый пришел к выводу, что достигнуть космических скоростей одноступенчатая ракета вряд ли сможет. В 1926 году для решения этой проблемы он предложил использовать двухступенчатую ракету, а через три года в работе «Космические ракетные поезда» ученый предложил математическую теорию такой конструкции.
Еще одна идея Циолковского, намного опередившая свое время и реализованная в дальнейшем на практике, — создание межпланетных станций. И в этом вопросе человечество пошло по пути, предсказанному великому мыслителю. Правда, идеи Циолковского идут гораздо дальше того уровня, на котором находится развитие научно-технической мысли сейчас, в двадцатых годах ХХI века. Ученый, конечно же, не ограничивался возможностью создания станций около Земли, он предполагал, что такие станции будут построены в глубинах Солнечной системы и намного дальше, и говорил о создании в отдаленном будущем «эфирных поселений». Насколько оправдается его теория в данном вопросе, современные поколения, разумеется, уже вряд ли узнают.
Труды Циолковского по ракетодинамике и теории межпланетных сообщений в мировой научно-технической литературе стали первыми строго научными изысканиями. Они оказали огромное влияние на развитие отрасли в дальнейшие десятилетия, что не раз отмечали выдающиеся конструкторы, уже непосредственно на практике воплотившие идеи полета человека в космическое пространство.
Один из основных создателей советской ракетно-космической техники Сергей Королев говорил, что по мере дальнейшего развития ракетной техники идеи и труды Циолковского будут все более и более привлекать к себе внимание. А один из основоположников современного ракетостроения, создатель первых баллистических ракет Вернер фон Браун писал, что «результаты его (Циолковского) пионерских трудов очевидны для всех, кто сегодня работает в области космонавтики».