Изобретения и идеи Циолковского, опередившие время

Дирижабль Циолковского

«В 1885 году, имея 28 лет, я твёрдо решил отдаться воздухоплаванию и теоретически разработать металлический управляемый аэростат», - запишет Константин Эдуардович в своей автобиографии. Слова «дирижабль» в то время и вовсе не существовало, а аэростаты имели небольшие объемы, купол их изготавливали из прорезиненной ткани, которая быстро изнашивалась и выпускала взрывоопасный водород. Циолковский первым предложил совершенно новую и оригинальную идею аэростата с тонкой металлической оболочкой с гофрированными боковинами, которая позволила бы сохранять постоянную подъёмную силу при различной высоте полёта и температуре атмосферного воздуха.

Кроме того, такая оболочка была крайне прочной. Вместо водорода ученый предложил использовать нагретый воздух. Аэростат Циолковского должен был быть огромным даже по современным меркам: объёмом до 500 000 кубических метров, что более чем в два раза превышало объём знаменитых немецких дирижаблей конца 1920-х годов «Гинденбург» и «Граф Цеппелин II». Прогрессивный для своего времени проект Циолковского не нашел поддержки, в субсидии на постройку модели отказали. Константин Эдуардович даже общался за помощью в Генеральный штаб русской армии, но и там сочли его изобретение фантастическим.

В целом труды Циолковского по дирижаблю не получили признания и у официальных представителей русской науки. Первая попытка воплотить проект была предпринята только в 1931 году, когда построить дирижабль по проекту Циолковского попытались на комбинате «Дирижаблестрой». Аэростат так и не был построен «из-за низкого технологического уровня предприятия». Но впоследствии инженеры убедились в том, что теоретические предположения ученого были верны.

Моноплан

В 1894 году в своей статье «Аэростат или птицеподобная (авиационная) летательная машина» Циолковский предвосхитил конструкцию монопланов – самолетов, которые начали строить в передовых странах только через два десятилетия. Константин Эдуардович впервые дал описание, расчёты и чертежи цельнометаллического моноплана с толстым изогнутым крылом, а также обосновал положение о необходимости улучшения обтекаемости фюзеляжа аэроплана в целях получения больших скоростей. Перед Первой мировой немецкие монопланы поражали воображение современников, а ведь еще незадолго до этого проект Циолковского российская наука снова не восприняла всерьез.

Лунный пейзаж

В 1887 году Циолковский пишет научно-фантастическую повесть «На Луне». Казалось, тот самый «маленький шажок для человека и огромный скачок для человечества» простой учитель совершил более чем за 80 лет до его воплощения – высадки «Аполлона». В конце XIX века автор удивительно точно описывает поверхность Луны. «Мрачная картина! Даже горы обнажены, бесстыдно раздеты, так как мы не видим на них легкой вуали — прозрачной синеватой дымки, которую накидывает на земные горы и отдалённые предметы воздух… Строгие, поразительно отчётливые ландшафты! А тени! О, какие тёмные! И какие резкие переходы от мрака к свету! Нет тех мягких переливов, к которым мы так привыкли и которые может дать только атмосфера. Даже Сахара — и та показалась бы раем в сравнении с тем, что мы видели тут», - пишет Циолковский от имени рассказчика.

Кроме того, автор подробно и поразительно точно описывает вид Солнца и Земли с поверхности Луны. Проанализировав следствия малой силы тяжести, отсутствия атмосферы, писатель предвосхищает поведение жидкостей и газов, испарения, кипения, и других физических процессов.

Прототип аэродинамической трубы и шасси

Циолковский не только создал в своей квартире первую в России аэродинамическую лабораторию, но и 1897 году самостоятельно построил прототип первой аэродинамической трубы собственной оригинальной конструкции - техническое устройство, предназначенное для моделирования воздействия среды на движущиеся в ней тела. По этому прототипу под руководством великого русского инженера Николая Жуковского и была создана в 1902 году аэродинамическая труба в при механическом кабинете Московского университета. В последствии Жуковский признавался, что именно работы по аэродинамике Циолковского стали источником его идей. Также в этой сфере Циолковскому принадлежит изобретение собственной схемы газотурбинного двигателя, а еще ученый первым предложил «выдвигающиеся внизу корпуса» шасси самолета.

Поезд на воздушной подушке

В 1927 году в небольшой брошюре «Сопротивление воздуха и скорый поезд» Циолковский опубликовал теорию и схему поезда на воздушной подушке. «Трение поезда почти уничтожается избытком 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 велика, 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. Тяга поддерживается задним движением вырывающегося из отверстия вагона воздуха. Работа накачивания тут также довольно умеренна (если вагон имеет хорошую, легко обтекаемую форму птицы или рыбы), является возможность получать огромные скорости», - писал Циолковский. Эта теория легла в основу создания транспорта на воздушной подушке спустя многие годы: первые морские плоскодонные суда на воздушной подушке поступили в эксплуатацию в Англии лишь в 1958 году.

Формула Циолковского.

Это основное уравнение движения ракеты, определяющее её характеристическую скорость; опубликована 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.

Вторая космическая скорость

Вторая часть исследования по ракетостроению была опубликована в 1911 году. Этим трудом Циолковский произвёл фурор в научной среде. Ему удалось вычислить работу по преодолению силы земного тяготения, определить скорость, необходимую для выхода аппарата в Солнечную систему («вторая космическая скорость») и время полета.

Многоступенчатая ракета

В 1929 году Циолковский издает новую книгу - «Космические ракетные поезда». «Ракетные поезда» Циолковского – это комплексы ракет, которые по мере отработки топлива сбрасываются на землю. Ученый предположил, что благодаря такому принципу к моменту отсоединения последней ракеты скорость поезда будет позволять ему унестись в космос. В 1935 году в своей работе «Наибольшая скорость ракеты» Константин Эдуардович доказал, что что при уровне технологии того времени достичь первой космической скорости (на Земле) можно только с помощью многоступенчатой ракеты. Это утверждение остается верным до сих пор, но проверить на практике теорию Циолковского смогли только в 1944 году, когда немцы запустили «Фау-2» - в первый в истории предмет, совершившим суборбитальный космический полёт.

Космический лифт

Лифт, с помощью которого можно попасть в космос, тоже идея Циолковского. Описание и проект такого устройства Константин Эдуардович изложил в своем труде 1895 года. По задумке ученого, космический лифт напоминал башню (к слову, Эйфелеву башню, которую построили в Париже уже после публикации проекта Циолковского). Башня должна была быть в 100 тысяч раз выше обычной – 35 тысяч километров, а ее верхушка бы двигалась со скоростью 11 километров в секунду. Позже такую скорость назвали второй космической, и теперь именно с ней летают межпланетные аппараты.

И только в 2005 году NASA объявило конкурс на создание современного проекта космического лифта. Теоретические исследования космоса и возможности его освоения, проведенные Циолковским, не могут не поразить: полагаясь лишь на расчёты, ученый описал невесомость, необходимость скафандра при выходе из ракеты, определил оптимальные траектории полёта при спуске на Землю, предсказывал создания искусственных спутников Земли и орбитальных станций. Многое из описанного Циолковским – от заселения Вселенной до разума атома и бессмертия - так далеко уходит за пределы современной науки, что трудно предположить, насколько реальны эти гипотезы. Однако и опровергнуть их наука не может