К. Э. ЦИОЛКОВСКИЙ И СОВРЕМЕННОСТЬ. А. А. КОСМОДЕМЬЯНСКИЙ

УДК 629.76(313) +629.78(313)/(091)

(Основные положения этой статьи были доложены на XII научных Чтениях К. Э. Циолковского в г. Калуге 16 сентября 1977 г. )

1. Весь мир отметил в 1977 г. 20-летие космической эры, начало которой в истории земной цивилизации положили ученые, инженеры, техники и рабочие Советского Союза, осуществив 4 октября 1957 г. запуск первого в мире искусственного спутника Земли. В сообщении ТАСС от 4 октября 1957 г. звучало гордое, пророческое: «Искусственные спутники Земли проложат дорогу к межпланетным путешествиям и, по-видимому, нашим современникам суждено быть свидетелями того, как освобожденный и сознательный труд людей нового социалистического общества делает реальностью самые дерзновенные мечты человечества».

Эта небольшая статья посвящена анализу прогнозов, вытекающих из фундаментальных открытий и проектов гениального ученого и патриота нашей Родины Константина Эдуардовича Циолковского.

Вот уже 15 лет в Калуге проходят научные Чтения, посвященные разработке научного наследия и развитию идей К. Э. Циолковского. Материалы этих Чтений отчетливо показывают великое значение творчества этого человека для отечественной и мировой культуры, для становления и развития многих разделов современной науки и техники. Он основоположник теоретической космонавтики и ракетодинамики. Константин Эдуардович приблизил к нам необъятные пространства космоса, и ему принадлежат дерзкие пророческие слова: «Планета - есть колыбель разума, но нельзя вечно жить в колыбели».

2. Циолковский - ученый-мыслитель. Мы думаем, анализируя наиболее выдающиеся достижения некоторых фундаментальных наук (астрономии, теоретической механики, физики), что человечество идет, как правило, к новым закономерностям природы, техники, теории познания по следующему пути:

• - сначала частные опытные факты, догадки, отрывочные наблюдения некоторых (иногда характерных и определяющих) проявлений неизвестного, неуверенные (часто смутные и противоречивые) попытки втолкнуть новое в рамки старых, устоявшихся (ставших традиционными!) теорий;
• - затем понимание, что предмет открытия сложен, труден и коварен, что он не вписывается в «стройную» традиционную науку. Здесь в ряде случаев рождаются правдоподобные гипотезы, которые облекаются в математические одежды и воспринимаются как новый закон природы. Но выводы, строго вытекающие из открытого закона, нередко противоречат непосредственным наблюдениям (и «здравому смыслу») и провозглашенное открытие оказывается рабом принятых гипотез;
• - в дальнейшем наиболее одаренные и талантливые выясняют необходимость систематических сопоставлений (часто - научно поставленных экспериментов) по заранее обдуманному плану (обычно от простого к сложному). Данные этих (в ряде случаев длительных и утомительных) размышлений обрабатываются, и над закрытой еще в тумане закономерностью рождаются адекватные динамическому процессу «мера и число», которые являются основой любого дела;
• - и опять вспыхивают гипотезы, и опять «шьются» математические одежды, и если следствия из полученных формул не противоречат (а близки) найденным «мере и числу», то мы имеем дело с устойчивой верной теорией;
• - наконец, теория становится руководством к действию, на ее основе рождаются новые конструкции («мир реальных вещей»), а они, в свою очередь, обогащают теорию, совершенствуют и украшают ее.

История культуры показывает, что очень редко (но бывает) человечество датирует сформулированной и доказанной теорией новую эпоху образованности и миросозерцания и «посев научный» всходит «для жатвы народной» [1, с. 9].

К. Э. Циолковский в своей научно-фантастической повести «Вне Земли» дает себе следующую характеристику: «Иванов (т. е. Циолковский) был большой фантазер, хотя и с огромными познаниями. Он больше всех был мыслителем и чаще других возбуждал те странные вопросы, один из которых (о космической ракете. - А. К.) уже обсуждался нашим обществом» [2, с 123] (Общество, обсуждавшее вопрос о космической ракете, состояло из главных героев повести: Галилей, Гельмгольц, Ньютон, Лаплас, Франклин и Иванов.).

3. К. Э. Циолковский родился 17 сентября 1857 г. в селе Ижевском, Спасского уезда, Рязанской губернии, в семье лесничего. Вспоминая о годах детства, Циолковский писал в автобиографии: «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...» [3, с. 19].

На десятом году жизни он простудился и заболел скарлатиной. Болел тяжело и почти полностью потерял слух. «Глухота делает мою биографию малоинтересной, ибо лишает меня общения с людьми, наблюдения и заимствования. Моя биография бедна лицами и столкновениями» [3, с. 20]. С 10 до 14 лет жизнь Циолковского была «самым грустным, самым темным временем... Нечем помянуть это время» [3, с. 23]. Лет 14-ти, роясь в книгах библиотеки своего отца, он наткнулся на книгу по арифметике и начал изучать ее. Все ему давалось легко. Он начал читать и другие книги по естественным и физико-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» [3, с. 24] (подчеркнуто нами - А. К.).

Несомненные любознательность и способность размышлять самостоятельно у молодого Циолковского были замечены в семье и отец отправляет его в Москву. Юноша решил учиться самостоятельно. За три года (с 16 до 19 лет) он тщательно изучал курсы математики и физики, работая в библиотеках. Семнадцати лет он «прочел курсы высшей алгебры, диференциального и интегрального исчисления, аналитическую геометрию, сферическую тригонометрию и проч.» [3, с. 25]. Одновременно его занимали разные научные и технические вопросы и он старался их решать с помощью приобретенных знаний.

В эти годы у Циолковского зарождается мысль об осуществлении человеком полетов в атмосфере Земли и космическом пространстве, используя свойства центробежной силы. Машина, придуманная Циолковским, состояла из ящика (кабины), в котором совершали колебания два повернутых вертикально вверх маятника с массивными шарами на концах стержней. Центробежные силы шаров должны были, по мысли юноши, поднимать кабину и уносить ее в безграничные дали космического пространства. «Придумав 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...» [3, с. 26].

Считаем нужным отметить, что неправильная идея Циолковского о сообщении движения летательному аппарату действием внутренних (для данной механической системы) сил не покидает изобретателей (наших современников) до настоящего времени. «Масла в огонь» принесли некоторые наши научно-популярные журналы, давая неверную информацию об изобретении американца Дина. Появились предложения о сообщении движения центру масс механической системы при помощи «выпрямителя центробежных сил» (копия идеи Циолковского) и о создании серии приборов («инерцидов»), якобы опровергающих экспериментально закон сохранения количества движения механической системы без действия внешних сил.

И если Циолковскому было достаточно одной ночи для того, чтобы убедиться в ложности своего предложения, нашим изобретателям-современникам не хватает для анализа своих ошибок многих лет. Некоторые наши газеты неоднократно публиковали сообщения своих корреспондентов о «великих открытиях» в теоретической механике и крушении одного из важнейших законов механики Ньютона (Совершенно неправильные толкования дает своим опытам изобретатель В. Кольчин в брошюре «Инерциод» [4]. Интригующий аппарат на обложке брошюры есть один из вариантов «реализации» ложной идеи молодого Циолковского. Очень рекомендуем прочесть с. 139 - 147 книги Я. Л. Геронимуса «Теоретическая механика» [5].).

4. Рассмотрим кратко большой цикл исследований Циолковского, относящийся к проблемам воздухоплавания. Он хорошо понимал недостатки применявшихся в те годы мягких аэростатов из прорезиненной ткани (воздушных шаров). Вот резюме его критических замечаний:

• - дороговизна прорезиненной ткани и всего аппарата;
• - его чрезвычайная ломкость при спусках;
• - недолговечность ткани ... пропускающей нещадно газ;
• - громадная потеря водорода через диффузию и в особенности при борьбе с влиянием солнца и других атрибутов погоды;
• - обременяющий баласт;
• - сложность и нежность конструкций;
• - большое сопротивление воздуха от малых размеров, от оперения... и неправильной формы с неизбежными складками оболочки;
• - ужасающая опасность от огня;
• - опасность от смешения газа (водород - А. К.) с воздухом и возможность от того взрыва;
• - малая грузоподъемность... не оставляет места для грузов и пассажиров, оплачивающих безмерные расходы (Приближенно можно утверждать, что подъемная сила (сила Архимеда) дирижабля растет пропорционально кубу характерного, линейного размера, а вес оболочки - пропорционально квадрату этого размера. Следовательно, полезная грузоподъемность дирижабля растет пропорционально (L3/L2) - L, его характерному линейному размеру.) [6, с. 9].

Циолковский предложил цельнометаллический безкаркасный дирижабль с переменным объемом и подогревом газа, наполняющего оболочку корабля. Металлическую оболочку он предложил делать гофрированной, причем волны гофра располагались перпендикулярно продольной оси дирижабля. Константин Эдуардович долгие годы был уверен, что предложенная им конструкция устраняет все подмеченные им недостатки мягких аэростатов.

В наши дни легко понять, что ряд указанных Циолковским недостатков остается и в предложенной им конструкции металлического дирижабля.

В самом деле, многочисленными экспериментами, начиная с опытов Никурадзе (проведенных в лаборатории Л. Прандля в г. Геттингене) (Об опытах Никурадзе см., например, [7].), выяснено, что изменение гладкой обтекаемой стенки в шероховатую путем нанесения мелких песчинок (это так называемая песочная шероховатость), постановкой заклепок или созданием волн гофра приводит к весьма существенному увеличению коэффициента лобового сопротивления (С_х). Это увеличение тем больше, чем выше бугорки шероховатости (h) и чем больше число Рейнольдса (Re) при обтекании. Для больших дирижаблей (Циолковский предлагал к осуществлению проект дирижабля на 600 человек пассажиров, длина которого L=300 м, а диаметр максимального поперечного сечения d = 1/6L. = 50 м) числа Рейнольдса при полете будут порядка Re ≥5x10⁸ при скоростях 30 - 35 м/с. По хорошо известным для аэродинамиков графикам мы найдем, что увеличение С_х будет при Re=10⁷ и h/L = ▨^-4 в 2,3 раза, а при Re = 10⁹ и h/L = 10^-4 в 6 раз.

При установившемся горизонтальном движении дирижабля потребная тяга при наличии шероховатости будет возрастать прямо пропорционально коэффициенту сопротивления.

В проектах Циолковского остались неисследованными вопросы управляемости полетом оболочки без вертикального и горизонтального оперения, вопросы прочности и устойчивости бескаркасного корпуса, вопросы нестационарного (не мгновенного, как допускал при расчетах Циолковский) нагрева газа от выхлопных труб и др.

Оценивая свой проект, Циолковский писал: «Этот проект дирижабля нов и разработан очень подробно. Такой дирижабль избавляет нас от воздушных отделений, от потери газа и балласта. Он экономичен настолько, что может конкурировать с водными судами. Вопрос о форме поперечного сечения оболочки дирижабля решен мною впервые. Дана математическая и экспериментальная разработка многого, касающегося металлического и неметаллического дирижаблей» [8, с. 46].

Опыт эксплуатации жестких больших дирижаблей типа Цеппелин (Германия), Акрон и Мэкон (США), R-101 (Англия) еще до войны дал отрицательные результаты. После гибели Цеппелина (LZ-129, «Гинденбург») объемом 200 000 м³ в мае 1937 г. строительство больших дирижаблей жесткой системы было прекращено во всех странах.

Как обстоит дело с дирижаблестроением в 70-х годах XX в.? Можно считать строго доказанным, что в самых благоприятных погодных условиях дирижабли с объемом, не превышающим 30 000 м³, будут менее рентабельны при постройке и эксплуатации, нежели вертолеты и самолеты.

Нужны новые решения для того, чтобы сила Архимеда начала эффективно и надежно работать для человечества.

Автору статьи наиболее импонируют предложения инженеров 70-х годов о создании гибридных летательных аппаратов с использованием аэродинамических сил и силы Архимеда.

5. Создавая основы динамики полета самолета и дирижабля, Циолковский увидел, что о силах сопротивления воздуха и его воздействии на хорошо обтекаемые тела известно очень мало. Теоретические данные (например, струйная теория Кирхгофа - Релея) не подтверждались самыми простыми измерениями. Константин Эдуардович решает построить первую в России аэродинамическую трубу с открытой рабочей частью (По терминологии К. Э. Циолковского - воздуходувку.) для того, чтобы определить подъемную силу и силу лобового сопротивления при различных скоростях обтекания. В 1898 - 1899 гг. Циолковский опубликовал описание трубы и результаты некоторых экспериментов [9].

Глубоко осознавая важность и необходимость аэродинамического эксперимента, он писал: «Каждому желающему я готов охотно повторить любой из опытов, описанных в этой статье. Прибор (аэродинамическая труба. - А. К.), устроенный мною, так дешев, удобен и прост, так быстро решает неразрешимые теоретические вопросы, что должен считаться необходимой принадлежностью каждого университета или физического кабинета» (Воздуходувка Циолковского (модель 1900 г.) имела квадратное рабочее сечение размером (0,71x0,71) м².).[10, с. 119].

На самой заре развития экспериментальной аэродинамики этот великий человек утверждал, прозревая будущее авиации и воздухоплавания:

«Я мечтаю о построении обсерватории по сопротивлению воздуха, где бы можно хранить все машины, приборы и инструменты для производства моделей...

... В такой обсерватории по сопротивлению воздуха удобно было бы повторять опыты для ученых, желающих проверить эти опыты. В ней удобно было бы хранить модели и производить опыты неопределенное число лет, потому что дело это великое, чрезвычайно великое, как океан...» [10, с. 259 - 260].

Слова Константина Эдуардовича оказались пророческими. В наши дни небольшие аэродинамические трубы имеются во многих университетах и политехнических институтах Советского Союза. А ведущий аэродинамический институт нашей страны (ЦАГИ) располагает большой серией аэродинамических труб для широкого диапазона дозвуковых и сверхзвуковых скоростей.

6. Самый обширный цикл исследований Циолковского посвящен теоретической ракетодинамике и космонавтике. Говоря о стимулах, возбудивших интерес Циолковского к созданию теории реактивного движения по малообоснованной традиции, следует отметить сочинения (как это делает, по рассеяности, сам Константин Эдуардович) Жюль-Верна и А. Федорова, но мы имеем доказательства, что ракетодинамика и космонавтика были мечтой Циолковского с юношеских лет.

Он пишет в предисловии к работе «Исследование мировых пространств реактивными приборами» (1911 - 1912): ... «Мне представляется - вероятно ложно, - что основные идеи и любовь к вечному стремлению туда - к Солнцу, к освобождению от цепей тяготения - во мне заложены чуть не с рождения. По крайней мере, я отлично помню, что моей любимой мечтой в самом раннем детстве, еще до книг, было смутное сознание о среде без тяжести, где движения во все стороны совершенно свободны и где лучше, чем птице в воздухе.

Откуда явились эти желания, я до сих пор не могу понять; и сказок таких нет, а я смутно верил, и чувствовал, и желал именно такой среды без тяготения. Старый листок в моих рукописях с окончательными формулами, относящимися к реактивному прибору, помечен датою 25 августа 1898 г. Очевидно, занимался я им раньше» [11, с. 167] (Отметим, что в фантастической повести «Вне Земли» (первая часть которой написана в 1896 г.) К. Э. Циолковский рассматривает движение ракеты в однородном поле тяготения, полагая, что на восходящем активном прямолинейном участке полета ускоренно центра масс ракеты будет постоянным. В этом случае уравнение движения ракеты будет Ма = Ф - Mg, где М = const, Ф=-(dM/dt)xV_r- реактивная сила, g = const есть ускорение силы тяжести. Таким образом, dM/M=-((a+g)/V_r)dt=-adt и M=M_0e^-at,

т. е. в этом частном случае масса ракеты будет изменяться по показательному закону. Этот случай подробно исследуется К. Э. Циолковским в работе 1903 г.).

Мы можем доказать на основании архивных и опубликованных материалов, что еще в возрасте 26 лет Циолковский понял, что ракета есть прибор, с помощью которого человечество «робко проникает за пределы атмосферы, а затем и завоюет все околосолнечное пространство». В 1954 г. был опубликован научный дневник Константина Эдуардовича под названием «Свободное пространство», все записи в котором сделаны в 1883 г. В этом дневнике рассмотрены закономерности протекания простейших явлений механического движения без действия сил тяготения и сил сопротивления среды (аэродинамических сил). Основной вывод Циолковского: в свободном пространстве рациональнее всего сообщать движение какому-либо неподвижному предмету («телу») или изменять имеющееся движение тела путем отброса материальных частиц, т. е. при помощи реактивной силы. Если вы можете по желанию направить струю по любому из трех взаимно перпендикулярных направлений, то вы можете реализовать любое криволинейное движение тела [11, с. 11 - 12]. Следовательно, еще в 1883 г. Циолковский отчетливо понимал, что в свободном пространстве наиболее простым способом получения и изменения движения является реакция истекающей газовой струи.

В первой опубликованной работе (1903 г.) [11, с. 136 - 166] по теории реактивного движения Циолковский получил ряд фундаментальных формул, исходя из которых легко математически определить летные характеристики ракет. Мировую известность получила формула Циолковского, определяющая максимальные возможности реактивного способа сообщения движения в свободном пространстве (В этом случае реактивная сила должна быть пропорциональна массе ракеты и, следовательно, масса ракеты будет изменяться по показательному закону.). Эту формулу можно записать в современных обозначениях так:

где υ_max - есть максимальная скорость ракеты; V_r - постоянная относительная скорость отбрасываемых частиц; Z=m/M_к - число Циолковского (т - масса топлива в ракете, М_к - масса ракеты без отлива топлива). Если например, Z = 9, а V_r=3440 м/с, то v_мах = 7912 м/с, т. е. равна первой космической скорости для планеты Земля.

Нам хотелось бы обратить внимание на раздел работы Константина Эдуардовича 1903 г., озаглавленный «Среда тяжести. Отвесное возвращение на Землю» [11, с. 158 - 161], где он впервые в мире получил расчетные формулы для определения запасов топлива, обеспечивающих «мягкую» посадку на планету без атмосферы. Особенно просто он решил задачу о необходимом запасе топлива для ракеты, которая должна получить в свободном пространстве скорость у, и затем погасить ее. Расчетная формула имеет вид

где Z₁ - число Циолковского, обеспечивающее получение скорости v₁.

Если, как в предыдущем примере, v₁=7912 (Z₁=9), то М_нач/М_конеч= 100-1=99. Это означает, что практическое осуществление мягкой посадки требует весьма больших запасов топлива и в варианте одноступенчатой ракеты пока практически неосуществимо.

Отметим, что, к сожалению, в нашей отечественной литературе по ракетодинамике элементарно простая формула (2) Циолковского упоминается крайне редко.

Если считать гравитационное поле планеты (например, Земля) в некотором интервале высот однородным, а гравитационное ускорение постоянным и равным g = 9,81 м/с², то при условии, что ускорение,обусло-вливаемое реактивной силой, также постоянно (В этом случае реактивная сила должна быть пропорциональна массе ракеты и, следовательно, масса ракеты будет изменяться по показательному закону.) и равно р, будем иметь

Если p=4g, a Z₁=9, то М_нач/М_конеч = 168, что наглядно показывает, как трудно осуществить мягкую посадку на планету без атмосферы, имеющую гравитационное поле, аналогичное полю планеты Земля.

В 1929 г. Циолковский, учитывая реально получаемые скорости отброса частиц из сопла реактивного двигателя (т. е. реальные V_ч), разработал теорию многоступенчатых ракет («ракетных поездов», по терминологии Циолковского) и доказал строго математически, что и при реально осуществимых Z можно достигать весьма больших отношений начальной массы ракеты к массе конечной [11, с. 367 - 393]. Укажем здесь, что для американской системы «Аполлон», при помощи которой была осуществлена мягкая посадка на поверхность Луны и благополучное возвращение на Землю,

Хочется указать, что последние ступени современных крупных баллистических ракет могут быть модифицированы в крылатые летательные аппараты, при помощи которых можно осуществлять пассажирские межконтинентальные перелеты за минимальное время. Исходя из теории эллиптических траекторий, это время (приближенно, не учитывая влияния атмосферы) будет определяться следующей таблицей (Краткое изложение теории оптимальных эллиптических траекторий в гравитационном поле Земли можно найти в книге [12].):

Как видно из формулы Циолковского, увеличение максимальной скорости ракеты можно получить за счет увеличения или относительной скорости отбрасываемых частиц (V_r) или за счет увеличения числа Циолковского Z. Легко понять, что увеличение V_r требует совершенствования конструкции реактивных двигателей и повышения калорийности компонентов топлива (горючего и окислителя).

В современных американских лабораториях опробованы такие перспективные топливные пары для жидкостных реактивных двигателей:

• - жидкий фтор + жидкий водород (получены V_r = 4500/4700 м/с),
• - комбинированные топлива: жидкий фтор + жидкий водород + литий (получены V_r до 6000 м/с).

Ракетчики всего мира мечтают об освоении атомарного водорода (теоретические скорости истечения V_r до 10 000 м/с), а также о разработке и освоении газофазных реакторов с рабочим телом (водород), где по расчетам можно получить V_r = 20 000/25 000 м/с.

Простые вычисления показывают, что при V_r = 20 000 и Z =9; максимальная скорость ракеты в свободном пространстве будет v_max = 2,3x(20 000) lg (10)=46 км/с.

Реальное осуществление газофазных реакторов для реактивных двигателей откроет новую эпоху в задачах межпланетных сообщений и освоении околоземного космического пространства.

Даже при опробованных комбинированных топливах (F₂ + H₂ + Li) максимальная скорость одноступенчатой ракеты будет (Z=9) V_мах = 13 800 м/с, т. е. больше, чем вторая космическая скорость (v₂ = 11 189 м/с).

Это показывает, что в ближайшие годы одноступенчатые ракеты (с учетом потерь на гравитацию и сопротивление земной атмосферы) будут иметь определяющее значение для освоения околоземного космического пространства.

Важнейшими достижениями - «верстовыми столбами» современной космонавтики мы считаем:

• - полет первого искусственного спутника Земли (1957, СССР);
• - полет Юрия Гагарина - первый в мире полет человека с космической скоростью (1961, СССР);
• - первый выход человека (А. Леонова) в космическое пространство-полет П. И. Беляева и А. А. Леонова (1965, СССР);
• - создание первого стационарного спутника Земли (1963, США);
• - первые люди на Луне (Н. Армстронг и Э. Олдрин) (1969, США);
• - создание первых долговременных орбитальных станций (1971 «Салют-1», СССР; 1973, «Скайлэб», США);
• - успешные полеты к ближайшим планетам Солнечной системы Венере и Марсу (1961 - 1977, СССР и США);
• - создание первого в мире научно-исследовательского космического комплекса «Салют-6», «Союз-26» и «Союз-27» (1977 - 1978, СССР);
• - самый продолжительный полет (185 дней) орбитального научно-исследовательского комплекса «Салют-6» - «Союз» (летчики-космонавты Л. И. Попов, В. В. Рюмин).

Циолковский понимал, что его работы - истоки революционных преобразований и в науке, и в технике. Он писал в 1924 г.: «Мы видим, что европейская наука буквально подтверждает мои выводы - как о полной возможности космических путешествий, так и возможности устройства там (в космическом пространстве. - А. К.) жилищ и заселения околосолнечного пространства. Последнее дает в 2 миллиарда раз больше солнечной энергии, чем какое получает Земля. Дело разгорается, и я зажег этот огонь» [13, с. V].

Отметим, что наша страна будет основные усилия направлять на создание космических кораблей и станций, помогающих решать важнейшие народнохозяйственные задачи пятилетнего плана. Генеральный секретарь ЦК КПСС товарищ Л. И. Брежнев указывал: «Наша наука подошла к созданию долговременных орбитальных станций и лабораторий - решающего средства широкого освоения космического пространства. Советская наука рассматривает создание орбитальных станций со сменяемыми экипажами как магистральный путь человека в космос» [14, с. 3].

В решениях XXV съезда КПСС подчеркнуто было стремление нашей страны использовать достижения космической науки и техники в мирных целях.

«Продолжить изучение и освоение космического пространства, расширить исследования по применению космических средств при изучении природных ресурсов Земли, в метеорологии, океанологии, навигации, связи и для других нужд народного хозяйства» [15, с. 215]. В решениях съезда было указано, что в десятой пятилетке необходимо «предусмотреть более широкое использование искусственных спутников Земли, в первую очередь для обеспечения телевизионным вещанием районов Западной и Восточной Сибири и для телефонно-телеграфной связи с отдаленными районами страны» [15, с. 210 - 211].

Важнейшие задачи науки и народного хозяйства Советского Союза решают многоцелевые орбитальные станции «Салют». С шести этих станций получены данные (прямыми измерениями) по изучению облачного покрова, поверхности морей и океанов; проведены исследования - путем фото- и киносъемки - поверхности нашей планеты для нужд геодезии, геологии, лесного и сельского хозяйства, точного картографирования и ледовой разведки на трассах Северного морского пути.

Значительный объем информации, полученный со станций «Салют», был обеспечен большими возможностями этих станций (полезный объем, вес, оснащение прецизионной аппаратурой). Летчик-космонавт В. В. Аксенов говорил: «Суммарный вес космического комплекса «Союз» - «Салют» превышает 25 т, длина - около 23 м, внутренний объем помещений - 100 м³. Для проведения экспериментов, визуальных наблюдений, кино- и фотосъемки комплекс имеет свыше двух десятков иллюминаторов, на его борту установлено свыше 1300 отдельных приборов и агрегатов, около 2 т научной аппаратуры.

Значительные запасы воды и пищи на борту, большой ресурс работы систем и агрегатов обеспечивают длительное функционирование экипажей станций «Салют» на орбите. Например, на борту «Салют-4», выведенного на орбиту 26 декабря 1974 г., за время активного существования работали две экспедиции космонавтов общей продолжительностью 93 дня». Космонавты Губарев и Гречко (в течение месяца) и космонавты Климук и Севастьянов (в течение 63 дней) «проводили исследования Солнца, звезд и планет, выполнили комплексную съемку территории Советского Союза, получили значительный объем научной информации о физических процессах в земной атмосфере и космическом пространстве. Более чем двухлетний полет станции «Салют-4» позволил провести свыше 300 научно-технических экспериментов» [16, с. 14].

Космические исследования становятся в наши дни важнейшим направлением развития современной науки и техники.

7. При обтекании воздухом или водой твердых стенок возникают силы вязкого трения; величина этих сил прямо пропорциональна коэффициенту вязкости μ. Этот коэффициент велик для вязких смазочных материалов, гораздо меньше для воды и еще меньше для воздуха. Еще в прошлом столетии возникла идея уменьшения силы сопротивления при движении корабля путем замены у омываемой стенки корабля пограничного слоя воды на пограничный слой воздуха (создавая воздушную прокладку или воздушную смазку). Коэффициент вязкости для воздуха при температуре 0⁰ С равен 1,71x10^-4 , а при температуре 20⁰ С - 1,8x10^-4, для воды μ = 1,31x10^-2 при 10⁰ С и μ = 0,01 при 20⁰ С. Следовательно, при 20⁰ С сила сопротивления (на единицу площади) при обтекании воздухом в 55 раз меньше, чем при обтекании водой.

В 1927 г. в Калуге вышла в свет работа Циолковского «Сопротивление воздуха и скорый поезд». По современной терминологии в этой работе изложена теория движения поезда на воздушной подушке. Приведем пояснение этой оригинальной идеи, данное Циолковским: «Трение поезда почти уничтожается избытком давления воздуха, находящегося между полом вагона и плотно прилегающим к нему железнодорожным полотном. Необходима работа для накачивания воздуха, который непрерывно утекает по краям щели между вагоном и путем. Она невелика, между тем как подъемная сила поезда может быть громадна. Так, если сверхдавление в одну десятую атмосферы, то на каждый квадратный метр основания вагона придется подъемная сила в одну тонну. Это в 5 раз больше, чем необходимо для легких вагонов. Не нужно, конечно, колес и смазки ... если вагон имеет хорошую, легко обтекаемую форму птицы или рыбы, является возможность получать огромные скорости» [17, с. 24].

Идея Циолковского о движущихся аппаратах на воздушной подушке получил довольно широкое развитие. За последние 20 - 25 лет были внесены радикальные усовершенствования в конструкцию таких аппаратов, и они могут теперь двигаться («летать») над поверхностью воды, над степью, тундрой по бездорожью.

Для создания у дна (вагона, экипажа, плоскодонного корабля) устойчивой воздушной подушки по периметру аппарата прикрепляется прямоугольная полоса (лента) из прочной воздухонепроницаемой ткани, создавая как бы ящик для воздуха (потолок «ящика» есть нижняя поверхность (дно) аппарата, а тканевый обвод по периметру (стенки «ящика») инженеры назвали «юбкой»). В этот ящик с гибкими стенками накачивается воздух. Если превышение давления в ящике будет хотя бы 0,03 - 0,05 атм, то подъемная сила на квадратный метр поверхности для аппарата будет 300 - 500 кг. Горизонтальная сила тяги создается обычным пропеллером (или реактивным двигателем).

Вот сообщение об одном из судов на воздушной подушке. «280 пассажиров и 37 легковых автомобилей - такова грузоподъемность модернизированных судов на воздушной подушке, которые выпускает английская фирма «Бритиш Ховеркрафт Корпорейшен». С полной нагрузкой судно развивает скорость до 60 узлов» (т. е. 111 км/ч) [18, с. 79].

Мы убеждены, что транспортные аппараты на воздушной подушке более универсальны и более экономичны по сравнению с глиссерами, судами на подводных крыльях и вертолетами. Глиссеры и суда на подводных крыльях имеют значительное волновое сопротивление, а подъемная сила, создаваемая винтами вертолета, ограничена (крупные вертолеты имеют грузоподъемность не более 15 - 17 т) (Рекорд грузоподъемности был установлен в СССР на вертолете В-12 (конструкции М. Л. Миля). Он составляет 42 213 кг.).

Идея Циолковского о скором поезде на воздушной подушке еще ждет своего осуществления и широкого внедрения. А как интересно и практически важно (особенно для нашей большой страны) осуществить сеть элементарно выравненных дорог (без мостов через водные преграды), по которым мчатся - летят аппараты на воздушной подушке со скоростями 100 - 150 км/ч. А ведь для осуществления такой программы все в наших руках!

8. Хотелось бы особо подчеркнуть широту и универсальность таланта Константина Эдуардовича, великое разнообразие исследованных им научно-технических проблем. Некоторое представление о многогранности творчества этого ученого-мыслителя дают опубликованные 4 тома Собрания его сочинений (Изд-во АН СССР, 1951 - 1964).

Циолковский отчетливо понимал значение своих основных работ для научно-технического прогресса Родины и всего человечества. Он своим удивительно ясным умом видел «обольстительные и важные перспективы» развития ракетной техники и космонавтики. Он знал, что экспериментальная аэродинамика - совершенно необходимый элемент успешного развития авиации и воздухоплавания. Он открыл человечеству надежный, строго научный путь овладения космосом и околоземным космическим пространством. Его работы по теории многоступенчатых ракет указали людям дорогу к получению космических скоростей полета при использовании хорошо известных (практически освоенных) горючих и окислителей. В последние годы своей жизни он опубликовал ряд работ по авиации больших скоростей, и ему принадлежат пророческие слова, что за эрой аэропланов винтовых должна следовать эра аэропланов реактивных или аэропланов «стратосферы»; он, как мы указывали, предвосхитил идею создания средств транспорта на воздушной подушке.

Его проницательный ум интересовали многие биологические проблемы. В своей замечательной статье «Растение будущего» [19] он указывает, что важнейшим фактором, определяющим ценность растений, используемых человеком для питания, является процесс усвоения растением солнечной энергии. Если принять урожай зерна с одного гектара равным 1 т, то, по расчетам Циолковского, оказывается, что в собранном урожае содержится только 1/6000 энергии, получаемой гектаром от Солнца за год. Он дает в своей работе «Растение будущего» следующую таблицу: «Пшеница утилизирует 0,016% энергии, получаемой от Солнца. Банан утилизирует 1,6%, т. е. в 100 раз больше, чем пшеница. Кактус Бербанка утилизирует до 29%».

Константин Эдуардович намечает грандиозную программу овладения солнечной энергией через специально создаваемые новые растения. Он указывает на малый КПД «несовершенство» известных в наши дни растений, подчеркивая, что они много солнечной энергии тратят на перегревание листьев, плодов, ствола и ветвей.

В атмосфере Земли имеется мало углекислого газа (С0₂), необходимого для роста и продуктивности растений; отсюда важность создания теплиц с большим процентом С0₂.

Мы отметим с сожалением, что на эту работу Циолковского биологи не обращают должного внимания. Напомним здесь высказывание академика А. Е. Ферсмана: «... Статья интересна по своему анализу природы и жизни растений с указанием на те отрицательные стороны, которые надо улучшить в энергетическом балансе и химизме растительных организмов ... Блестящая идея, которая, как мне кажется, никем в этой форме до Циолковского не была поставлена» [20, с. 445 - 446].

Широта есть характерная черта творческих устремлений и размышлений гениального человека. Циолковский пишет в предисловии к статье «Животное космоса», что он излагает «... широкий взгляд на всеобщее распространение в космосе жизни, на ее разнообразие; указывает на миры в мирах, на периодичность и усложнение материи и явлений - без конца, на существование бесконечно удаленных эпох, когда были «эфирные» животные, не подобные земным и трудновообразимые, хотя совершенные и сознательные» [21, с. 292].

9. Скажем совсем кратко о том, как работал этот необыкновенно талантливый человек. Окружающих поражали страстная увлеченность, а в моменты взлетов - одержимость изучаемой проблемой. Он шутя говорил, что глухота спасла его от мелочных раздражений внешнего мира и поэтому он мог целиком отдаваться своим размышлениям, вычислениям, экспериментам (Он писал: «Творчество требует сосредоточения на определенной группе идей. Остальное должно быть забыто».).

Он обладал хорошей памятью, энциклопедическим умом и поразительной трудоспособностью. При изучении его работ поражает сила мышления и сила чувства. А его воля! «Жизнь несла мне много горечи, и только душа, кипящая радостным миром идей, помогла мне их перенести» [22]. Он работал ежедневно в самых трудных жизненных ситуациях: бедность, потери близких, насмешки коллег-учителей и обывателей Боровска и Калуги, голод и холод в годы гражданской войны, невозможность публиковать подготовленные к печати работы, в которых он стремился нести народу самые дорогие идеи.

Но его творческий труд был свободным и вдохновенным. И вдохновение не покидало его до последних дней жизни.

За четыре месяца до смерти он взволнованно глуховатым голосом говорил по радио всему нашему народу: «... Герои и смельчаки проложат первые воздушные трассы: Земля - орбита Луны, Земля - орбита Марса и еще далее Москва - Луна, Калуга - Марс».

Многим эти мысли Циолковского казались в те дни несбыточными. Однако последующее развитие науки и техники подтвердило правильность его предвидений.

ЛИТЕРАТУРА

1. Менделеев Д. И. Основы химии. М.; Л., 1947, т. 1.

2. Циолковский К. Э. Вне Земли. - В кн.: Циолковский К. Э. Путь к звездам. М., 1960, с. 117 - 247.

3. Циолковский К. Э. Черты из моей жизни. - Сб.: К. Э. Циолковский. М., Аэрофлот, 1939, с. 15 - 42.

4. Колчин В. Инерцоид. Пермь: Кн. изд-во, 1977.

5. Геронимус Я. Л. Теоретическая механика. М., 1973.

6. Циолковский К. Э. Воздушный транспорт. Калуга: изд. автора, 1918.

7. Schlichting H. Crenzschicht Theorie. Karlsruhe: Verl. G. Braun, 1958, S. 483 - 493.

8. Циолковский К. Э. К каким новым выводам я пришел. - Сб.: К. Э. Циолковский. М., Аэрофлот, 1939, с. 45 - 48.

9. Циолковский К. Э. Давление воздуха на поверхности, введенные в искусственный воздушный поток. - Вестник опытной физики и элементарной математики. Одесса, 1898, № 269, 270; 1899, № 271, 272.

10. Циолковский К. Э. Собрание сочинений. М., 1951, т. 1.

11. Циолковский К. Э. Избранные труды. М.: Изд-во АН СССР, 1962.

12. Космодемьянский А. А. Курс теоретической механики. М., 1975, ч. 1, с. 246 - 265.

13. Циолковский К. Э. Ракета в космическое пространство. Калуга, 1924.

14. Брежнев Л. И. Речь на торжественной встрече космонавтов. - Известия, 1969, 22 октября, № 251.

15. Материалы XXV съезда КПСС. М.: Политиздат, 1976.

16. Крестьянка, 1977, № 4, с. 14.

17. Циолковский К. Э. Сопротивление воздуха и скорый поезд. Калуга, 1927.

18. Наука и жизнь, 1977, № 1, с. 79.

19. Циолковский К. Э. Растения будущего. - Собр. соч. М.: Изд-во АН СССР, 1964, т. 4, с. 286 - 294.

20. Ферсман А. Е. Анализ общих работ К. Э. Циолковского. - В кн.: Циолковский К. Э. Собр. соч. М., 1964, т. 4, с. 423 - 451.

21. Циолковский К. Э. Животные космоса. - Собр. соч. М., 1964, т. 4, с. 292 - 304.