Создание научных основ космонавтики. Значение идей К.Э. Циолковского

В следующей главе автор рассуждает об отвесном возвращении снаряда на Землю. Встает вопрос о торможении снаряда при приближении к Земле, и Циолковский в качестве способа торможения рассматривает тот же реактивный процесс, направленный в обратную сторону. Здесь он приходит к выводу, что для того чтобы таким способом затормозить ракету, нужно гораздо большее количество топлива, чем для ее разгона, а именно пятая часть всего запаса топлива должна быть сохранена для осуществления процесса торможения. "Из нея (таблицы) видим, как неодолимо громаден запас взрывчатаго материала, если мы хотим приобрести очень большую скорость и потерять ее"15. И эти оценки делались без учета силы тяжести. Далее он делает выводы формул, но с учетом силы тяжести: "Остановка в среде тяжести требует более работы и более взрывчатых веществ чем в среде свободной от тяготения"16.

В следующей главе Циолковский рассматривает наклонное поднятие снаряда. Делает он это из-за одного, но очень существенного преимущества - при таком поднятии возможен вывод снаряда на околоземную орбиту: "при наклонном движении, можно устроить постоянную обсерваторию, движущуюся за пределами атмосферы неопределенно долгое время вокруг земли, подобно ея луне"17.

В завершении статьи Циолковский пишет о том, о чем он не написал в этой статье, но о чем, видимо у него уже были какие-то незаконченные мысли: "Мы могли бы разсмотреть еще очень многое: работу тяготения, сопротивление атмосферы; мы совсем еще ничего не сказали о том как изследователь может пробыть продолжительное, даже неопределенно долгое время в среде, где нет следов кислорода; мы не упомянули о нагревании снаряда при кратковременном полете в воздухе, мы не дали даже общей картины полета и сопровождающих его крайне интересных явлений (теоретически); мы почти не указали на великия перспективы в случае осуществления дела, рисущияся нам пока еще в тумане; наконец, мы могли-бы начертать космическия кривыя движения ракеты в небесном пространстве"18.

Разобрав детально эту статью становится понятно, почему она не вызвала никакого интереса в научном мире. Отчасти это можно списать на недопустимо плохое качество передачи этой статьи в журнале "Научное обозрение", но все же больше потому, что в ней не содержалось законченных мыслей, а напротив, пустота между отрывочными научными выкладками заполнялась откровенными фантазиями автора. Видна не достаточная образованность Циолковского, когда он позволял себе вместо количественных оценок рассуждать лишь о качественных. В чередовании количественных и качественных оценок можно увидеть, что, доходя до сложных вычислений, Циолковский, не делая их, делает лишь качественный анализ величин. Все это не добавляет серьезности его работе.

Вторая часть труда "Исследование мировых пространств реактивными приборами" была опубликована в 1911 и 1912 годах в журнале "Вестник воздухоплавания", 1911, №№ 19-22 и 1912, №№.2, 3, 5- 7, 9. В сумме статья занимала около 40 страниц. В первой главе приводится резюме статьи за 1903 год, объемом около 6 страниц.

Во второй главе Циолковский выводит формулу работы тяготения при удалении от планеты. Он получает выражения для работы Т, необходимой для удаления единицы массы от поверхности планеты радиуса r1 на высоту h. После определенных выводов он приходит к следующему: "...работа, потребная для удаления единицы массы от поверхности планеты на бесконечно большое расстояние, равна работе поднятия той же массы от поверхности на один радиус планеты, если допустим, что сила тяжести на ней не уменьшается от поверхности."19 Дальше он рисует такую картину, связанную с предыдущим выводом: "Таким образом, хотя пространство, куда проникает сила тяготения любой планеты, безгранично, однако сила эта представляет как бы стену или сферу ничтожного сопротивления, облекающую кругом планету на величину ее радиуса. Одолейте эту стену, прошибите эту неуловимую равноплотную оболочку - и тяготение побеждено на всем его бесконечном протяжении"20. Кстати сказать, в двух [7,6] из трех [7,6,5] сборниках работ Циолковского этот абзац вообще отсутствует. На каком основании редакторы этих сборников решили цитировать труды Циолковского не целиком, а выборочно, совершенно не понятно. Может быть потому, что этот абзац опять демонстрирует нам неуёмное воображение автора. Не понятно, почему нигде Циолковский не упоминает и не пользуется открытым еще Ньютоном законом тяготения, из которого как раз и вытекает, что действие силы тяготения простирается бесконечно в пространстве и обратно пропорционально квадрату расстояния. Именно в силу последнего аналогия со стеной не верна, т.к. сила убывает постепенно, хотя и очень быстро, и можно лишь говорить о расстоянии, после которого силой тяготения можно уже пренебрегать, и это зависит от массы ракеты.

Далее Циолковский рассуждает насколько велика, или мала вычисленная работа, сравнивая ее с теплопроизводительностью нефти, энергией солнечного излучения, энергией человека и лошади, энергией аэроплана. После чего он оценивает необходимую работу для поднятия того же груза на ту же высоту на поверхности астероидов, других планет и их спутников.

Следующая глава посвящена расчету скорости, необходимой телу для удаления от планеты. Здесь Циолковский делает простые расчеты скорости, которая сейчас называется "второй космической скоростью" - скорость, которую необходимо сообщить телу, чтобы оно вышло из сферы гравитационного действия планеты. Здесь опять повторимся, что некоторые ошибочно приписывают Циолковскому расчет этой скорости. На самом деле этот расчет настолько прост, что в науке вообще не идет речи о том, кто первым сделал этот расчет. Главные расчеты, благодаря которым расчет "второй космической скорости" стал доступен всем, сделал Ньютон, который тогда же посчитал первую космическую скорость.

В следующей главе автор высчитывает время полета ракеты, пользуясь уже готовыми формулами: "Мы не будем тут приводить весьма сложных формул, определяющих время полета снаряда. Тем более, что это вопрос не новый и решенный, и мы будем только повторять известное. Воспользуемся лишь одним выводом, чрезвычайно простым и полезным для решения простейших задач о времени движения ракеты"21. Он высчитывает время падения сначала неподвижного снаряда на поверхность планеты радиусом r1, время полного кругового обращения снаряда вокруг планеты. Он определяет, что "отношение времени обращения какого-нибудь спутника ко времени его центрального падения на планету, сосредоточенную в одну точку, равно 5,66"22.

В следующей главе Циолковский рассчитывает работу рассечения воздуха ракетой. Циолковский ведет расчет с учетом разности плотности воздуха на разных высотах и даже приводит формулу расчета этой плотности в зависимости от высоты, давления воздуха на уровне океана. Так же в формуле задействованы такие постоянные величины, как плотность воздуха у уровня океана, механический эквивалент тепла, температура абсолютного нуля, теплоемкость воздуха при постоянном объеме.

Воспользовавшись дифференциальным уравнением работы сопротивления воздуха, автор выводит формулу силы сопротивления воздуха, зависящую от площади поперечного сечения снаряда, плотности воздуха на текущей высоте, квадрата скорости движения снаряда, ускорения свободного падения, величины U - утилизации или полезности формы ракеты - числа показывающего, во сколько раз уменьшается сопротивление, сравнительно с сопротивлением площади его наибольшего поперечного сечения. "это U - тоже величина переменная, которая, как показали опыты, увеличивается с увеличением скорости движущегося тела; кстати сказать, что она увеличивается и с его размерами. Впрочем, U мы примем за величину постоянную, так как ее зависимость от скорости - вопрос очень спорный"23. Далее Циолковский вычисляет, что работа сопротивления воздуха в 35 раз меньше работы силы тяготения Земли при вертикальном поднятии. Отсюда он делает вывод: "Поэтому выгодно наклонять путь движения ракеты с тем, чтобы, увеличив в несколько раз величину сравнительно малую, т.е. сопротивление воздуха, уменьшить в то же время величину сравнительно значительную, т.е. потерю энергии от влияния тяжести."24 Циолковский вычисляет наиболее выгодный угол поднятия снаряда, который зависит от величины U - полезности формы обтекаемости ракеты. Так при U = 100 он считает наиболее выгодным углом наклона к горизонту угол около 14 градусов, а при U=25 наивыгоднейшим углом наклона уже будет 15-30 градусов.

Дальнейшие главы посвящены не научным выкладкам и расчетам, а картине того, как выглядит полет и все сопутствующие явления в воображении Циолковского. Весьма забавно выглядят его описания, если не забывать, что это научная статья "Подан знак; началось взрывание, сопровождаемое оглушительным шумом. Ракета дрогнула и двинулась в путь. Мы чувствуем, что страшно потяжелели. Четыре пуда моего веса превратились в 40 пудов. Я повалился на пол, расшибся вдребезги, может быть, даже помер; тут уже не до наблюдений. Есть средства перенести такую тяжесть, но так сказать, в упакованном виде или же в жидкости."25. Циолковский достаточно точно описывает состояние невесомости "Масло, вытряхнутое из бутылки с некоторым трудом (так как мешало давление или упругость воздуха, которым мы дышим в ракете), принимает форму колеблющегося шара; через несколько минут колебание прекращается, и мы имеем превосходный точности жидкий шар; разбиваем его на части - получаем группу из меньших шаров разной величины"26. Можно, конечно поспорить с тем, придет ли колеблющийся шар в состояние покоя, но все же описание достаточно впечатляющее, если учесть что тогда еще никак нельзя было провести опытов с невесомостью. Правда при описании вида из иллюминаторов ракеты воображение Циолковского рисует ему странную картину: Земля кажется ему не голубым шаром, а желтоватой поверхностью вогнутой во внутрь, как ему кажется должно быть по законам перспективы.

При описании процесса взлета ракеты и ее состояния, Циолковский прикидывает для нее очень уж большую скорость. "...ракета загудела и, сорвавшись с своего места, полетела к верху, подобно падающему камню, только в противоположную сторону и в 10 раз энергичнее."27 По словам автора, вследствие этой большой скорости, ракета разогревается до бела и светится как звезда, но остается целой благодаря предохранительной тугоплавкой и неокисляющейся оболочке. С таким описанием сейчас, пожалуй, схожи старты малых боевых реактивных ракет, поражающих воздушные, наземные и водные цели, при этом, конечно, они не достигают таких скоростей, чтобы так чудовищно разогреваться. О такой силе трения о воздух сейчас речь идет только в случаях входа космических кораблей в плотные слои атмосферы, при их возвращении на Землю.

В следующей главе описывается картина процесса вращения ракеты вокруг Земли, подобно ее спутнику.

Следующая глава посвящена кривым движения снаряда и его скорости. Здесь автор, пользуясь до этого вычисленными значениями, рисует картину поднятия ракеты с поверхности Земли. Предполагая разные условия начальных условий, Циолковский рисует разные картины полета ракеты. В этой же главе автор описывает возможное влияние Луны на ракету. Совсем уж не серьезными выглядят сейчас его рассуждения о существовании жизни на кольцах Сатурна: "Поселяясь кругом Земли во множестве колец, подобных кольцам Сатурна (может быть, тоже живым, иначе трудно, почти невозможно объяснить их существование; если бы не что-то разумное, управляющее ими, кольца должны бы образовать для Сатурна луну), люди увеличивают в 100-1000 раз запас солнечной энергии, отпущенной им на поверхности Земли"28. Выдавая желаемое, за действительное, Циолковский считает невозможным объяснить существование колец Сатурна, кроме как наличием разумных существ. Далее Циолковский совсем увлекается фантастическими мечтаниями и рассуждает о покорении солнечной системы. В конце этой главы он изрекает одну из своих бессмертных цитат "Планета есть колыбель разума, но нельзя вечно жить в колыбели"29.

Последние главы называются "Средства существования во время полета", "Спасение от усиленной тяжести", "Борьба с отсутствием тяжести", "Мечты" и "Ожидающие землю бедствия устранит реактивный прибор". В последней главе Циолковский рассказывает о возможных бедствиях, которые могут постигнуть Землю. Они заключаются как во внутренних земных процессах, так и во внешних, включая падение метеоритов и гибель Солнца. От всего этого можно убежать, отправившись к другим мирам на космической ракете. Все эти фантастические описания занимают больше половины всей статьи.

Последние строки статьи содержат в себе надежду и призыв к человечеству: "Если мы уже теперь имеем возможность немного верить в бесконечность человечества, то что будет через несколько тысяч лет, когда возрастут наши знания и разум! Итак, 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"30.

Мы рассмотрели две части статьи "Исследование мировых пространств реактивными приборами", акцентируя внимание на тех вещах, которые, как считается, являются научно-техническим вкладом Циолковского в ракетную технику и космонавтику. Мы рассмотрели их с критической точки зрения. Но есть в его работах и разумное зерно. Например, одним из самых ценных его открытий считается формула скорости ракеты, которая зависит от скорости вырывающихся газов, массы ракеты и массы топлива31, названная "формулой Циолковского":

Вопрос о том, насколько эти открытия оказались полезными в ракетной технике, и вообще могли ли быть они полезными, и внесли ли вклад в развитие этой области знаний, мы рассмотрим в следующих главах.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Из всего многообразия информации и ее анализа мы делаем вывод, что значение идей Циолковского в процессе создания научных основ космонавтики сильно преувеличено советской пропагандой.

Мы не отрицаем того факта, что Циолковский был первым, кто начал всерьез задумываться о полетах в космос и стал делать на этот счет научные вычисления и писать статьи. Его работы не содержали законченных идей, на которые можно было всерьез положиться, сделав их отправной точкой новых исследований. Они могли лишь вселить надежду, что что-то в этом есть и есть смысл заняться этой проблемой.

Но даже эта потенциальная возможность использования трудов Циолковского не была реализована. Зарубежные ученые, которые вложили в дело создания научных основ космонавтики гораздо больше трудов и знаний, чем Циолковский, так и не воспользовались его трудами. А достигли они гораздо больших успехов, в отличие от наших ученых, таких как Ф.А.Цандер, кому действительно передался интерес к космической технике через труды Циолковского.

Циолковского, тем не менее, можно назвать ученым за широту мысли, хотя он и позволял себе слишком много фантазии, основанной скорее на жгучем желании, чем на реальных фактах и экспериментах. Хотя эти фантазии мало полезны для технических наук, они будут очень интересны философам. Нельзя недооценивать силу философской мысли Циолковского, его дар предвидения. Кто знает, сколько еще его идей найдут воплощение в будущем.