Константин Циолковский

Краткая биография

Жизнь и работа

Константин Эдуардович Циолковский родился 17 сентября 1857 года по современному григорианскому календарю в селе Ижевское Рязанской губернии. В Российской империи тогда действовал юлианский календарь, поэтому в исторических документах его дата рождения записывалась как 5 сентября 1857 года. После перенесённой в детстве скарлатины Циолковский почти полностью потерял слух. Систематическое обучение стало для него затруднительным, и значительную часть знаний по математике и физике он приобрёл самостоятельно. В 1879 году он сдал экзамен на звание учителя, а затем много лет преподавал математику и физику в Боровске и Калуге.

Циолковского интересовали аэродинамика, управляемые аэростаты и возможность создания летательных аппаратов, однако постепенно он пришёл к гораздо более фундаментальной задаче: можно ли с помощью известных законов механики создать аппарат, способный покинуть Землю? Для такого полёта обычный самолёт не подходил, потому что его двигатель и крылья зависят от атмосферы. Ракета устроена иначе. Она ускоряется благодаря выбросу массы в противоположном направлении и поэтому может создавать тягу даже в вакууме.

Главная трудность заключалась не в самом принципе реактивного движения, а в количественном расчёте. Ракета постоянно расходует топливо и становится легче, поэтому её масса во время работы двигателя непрерывно меняется. Циолковский исследовал движение такого аппарата и в 1897 году получил соотношение между скоростью ракеты, скоростью истечения рабочего вещества и изменением её массы. Позднее эта зависимость стала известна как формула, или уравнение, Циолковского.

В опубликованной в 1903 году работе «Исследование мировых пространств реактивными приборами» он развил математическую теорию ракетного полёта. В современной записи основная зависимость выражается как Δv = ve ln(m0/mf): достижимое изменение скорости определяется эффективной скоростью истечения газов и логарифмом отношения начальной массы ракеты к её конечной массе. Уравнение относится к идеализированному случаю; в реальном полёте необходимо дополнительно учитывать гравитационные и аэродинамические потери.

Из этой формулы следует один из самых важных и неочевидных принципов ракетной техники. Если требуется увеличить запас скорости, недостаточно просто пропорционально добавить топлива. Дополнительное топливо само увеличивает стартовую массу ракеты, и часть топлива приходится расходовать на разгон этого дополнительного топлива. Поэтому для химических ракет требуемое отношение начальной массы к конечной растёт очень быстро. Эта особенность иногда описывается как «тирания ракетного уравнения».

Циолковский исследовал способы уменьшить последствия этого ограничения. Он рассматривал использование жидкого топлива и составных систем, в которых отработавшие части аппарата отделяются и больше не требуют разгона. В 1929 году он опубликовал работу «Космические ракетные поезда», где анализировал системы из нескольких последовательно работающих ракет. Смысл такого подхода состоял в избавлении от уже ненужной массы по мере полёта — принцип, лежащий в основе многоступенчатых ракет.

При этом Циолковский не построил ракету, способную достичь космоса, и его не следует называть единственным изобретателем современной ракеты. Его основной вклад был теоретическим. Развитие ракетной техники происходило усилиями нескольких независимых исследователей и инженеров. К числу других важнейших пионеров относятся Роберт Годдард в США и Герман Оберт в Европе. Их работы вместе с исследованиями Циолковского сформировали научную и инженерную основу дальнейшего развития ракетной техники.

Циолковский писал также об искусственных спутниках, длительном пребывании человека за пределами Земли и возможном освоении космического пространства. Многие его проекты значительно опережали технические возможности эпохи, однако уравнение движения ракеты оказалось не фантазией, а фундаментальным следствием механики. Оно продолжает использоваться для оценки возможностей ракет и космических аппаратов независимо от того, насколько совершеннее стали двигатели, материалы и системы управления.

Константин Циолковский умер 19 сентября 1935 года в Калуге. Его научное наследие состоит прежде всего в том, что он помог превратить идею космического путешествия из предмета фантастики в количественную физическую задачу. После его работ вопрос можно было ставить уже не только как «возможно ли добраться до космоса?», но и как «какая скорость истечения, какое отношение масс и какая конструкция потребуются для этого?».