Космический лифт и летающий поезд: пять изобретений Константина Циолковского
Константин Циолковский с раннего детства тянулся к звездам. Родители называли сына «птицей», потому что мальчик лазал по крышам и деревьям, а дома и на уроках постоянно витал в облаках. Переболев в девять лет скарлатиной, Циолковский стал отставать по учебе, из-за чего был отчислен из Вятской гимназии. Казалось, все мечты «о высоком» стоило забыть, но по счастливой случайности отец будущего физика и изобретателя нашел в мастерской 16-летнего сына различные необыкновенные механизмы. Ветряная мельница, самодвижущаяся коляска и астролябия так впечатлили его, что было принято решение отправить младшего Циолковского учиться в Москву. Тот продолжил обучение, тратя почти все карманные деньги на покупку учебников, научных трудов и книг.
В Москве будущий ученый пробыл недолго — вскоре вернулся в провинцию и долго работал сперва частным репетитором по точным наукам, затем учителем геометрии и арифметики в училище города Боровска, а через несколько лет — преподавателем в Калуге. В свободное от работы время Циолковский продолжал изучать научную литературу, делать чертежи, изобретать «фантастические» механизмы и строить теории по освоению космоса — вскоре его приняли в ряды Русского физико-химического общества.
На заре XX века идеи Циолковского стали набирать популярность не только в научной среде, но и у широкой аудитории — тогда же ему удалось получить патенты на некоторые свои изобретения и начать публиковаться за рубежом. Но настоящая слава пришла к ученому в 1920-е годы, когда его научными работами, связанными с аэродинамикой и разработкой летательных аппаратов, заинтересовались пришедшие к власти большевики, мечтавшие о «фантастическом» будущем для молодой прогрессивной страны. По чертежам Циолковского едва не построили цельнометаллический дирижабль — правда в конце концов проект был заморожен. Впрочем, на легендарном статусе ученого это не сказалось. Его теориями последователи продолжали пользоваться и после смерти изобретателя в 1935 году. Возможно, без исследований Циолковского человек гораздо позже запустил бы в космос спутник — и первый космический корабль.
В подборке Forbes Life самые невероятные изобретения Константина Циолковского, некоторые из которых легли в основу уже привычных нам технологий.
Управляемое воздушное судно
В 1880-х годах Циолковский написал в своем дневнике, что серьезно намерен «отдаться воздухоплаванию и теоретически разработать металлический управляемый аэростат». Тогда еще не было понятия «дирижабль» (первые подобные воздушные суда назывались как раз аэростатами и не имели ручного управления), но ученый уже предложил модель управляемого грузового воздушного судна огромных размеров — объемом до 500 000 кубических метров. Для сравнения: это в два раза больше, чем объем знаменитых немецких дирижаблей «Гинденбург» и «Граф Цеппелин II», которые начали создавать только в 1920-е. А если мерить современными мерками, то в длину одного дирижабля Циолковского поместится 4,5 модели самолета Airbus А380 — самого большого среди пассажирских.
Проект дирижабля был по-настоящему революционным. Вместо взрывоопасного водоворота, по идее Циолковского, в жестком корпусе должен был находиться горячий воздух. При этом объем оболочки мог изменяться, что позволяло при различной высоте полета сохранять одну и ту же подъемную силу. На постройку такого дирижабля требовалось 300 рублей, но в конце XIX века желающих пожертвовать деньги на эксперимент не нашлось. Только в 1930-е годы конструкторские проработки идеи показали ее обоснованность. Но собрать модель так и не удалось: к тому времени появились более прогрессивные изобретения, воплощать которые было выгоднее.
Птицеподобная летательная машина
Одним из таких прогрессивных изобретений был самолет, к разработке которого Циолковский тоже приложил руку. В 1894 году ученый опубликовал статью «Аэростат или птицеподобная (авиационная) летательная машина», где описал конструкцию первых монопланов. Это было необычно для того времени, потому что другие экспериментаторы обычно разрабатывали воздушные суда легче воздуха (как аэропланы и дирижабли), а самолеты, очевидно, значительно тяжелее. Но, как выражался Циолковский, попытки конструирования «железной птицы» были на тот момент «модным вопросом», поэтому он не смог остаться в стороне.
Самолет ученого был цельным монопланом с плавным изгибом крыльев, что отличало его от других пробных моделей. Циолковский поместил внутрь механизма только что появившийся в автомобилестроении двигатель внутреннего сгорания и автоматику, что было просто невероятным новшеством для конца XIX века. В сложных метеорологических условиях авиатор мог воспользоваться гироскопическим автопилотом с электроприводом, который облегчал управление и навигацию.
Впрочем, даже при всем интересе к «птицеподобной летальной машине» Циолковский считал, что дирижабли намного практичнее в производстве: они экологичнее, безопаснее и экономически выгоднее первых самолетов. Но размышления механика-самоучки как о дирижаблях, так и о монопланах не были вовремя приняты всерьез. А через 20 лет, в годы Первой мировой войны, немецкие самолеты стали устрашающим оружием против Антанты.
Космический лифт
На рубеже веков Циолковский решил разгадать главную загадку всех конструкторов начала ХХ века — покорение космоса. Он одним из первых, за 50 лет до начала космической гонки, понял ценность изучения Вселенной. Стартовым инженерным сооружением ученого, связанным с освоением космоса, был космический лифт, созданный для выхода за пределы Земли. Еще в 1895 году он описал проект вышки длиной в 35 км, вдохновившись конструкцией Эйфелевой башни. Транспортирующий трос должен был быть прикреплен к планете, а верхушка башни оставалась бы неподвижной по отношению к основанию, но двигалась бы в открытом космосе со скоростью 11 км/с.
До сих пор идея космического лифта активно обсуждается инженерами разных стран. Полеты на ракете требуют множество усилий и денежных средств. Затраты можно было бы снизить, взяв на вооружение идею Циолковского. Вера людей в возможность быстрых полетов в космос не угасает: в 2006 году в NASA предложили денежное вознаграждение каждому, кто сможет сделать жизнеспособные расчеты и чертежи космического лифта.
Внеземные города
Кроме идей создания «транспорта» для путешествий по космосу, Циолковский разрабатывал технологию постройки орбитальных станций, чтобы человечество могло жить за переделами своей планеты. Первые проекты поселений предполагали, что они будут находиться поблизости от Земли — так было бы легче контактировать с «континентом». Согласно идеям Циолковского, орбитальные города должны строиться из материалов, добываемых на астероидах и других планетах. В каждом таком городе должна находиться оранжерея для производства продуктов питания, а передвигаться в пространстве людям должна помочь гравитация, существующая благодаря вращению станции. Такие поселения, по мнению ученого, следовало объединить в цепочку-ожерелье, тянущуюся на миллионы километров вокруг Солнца.
Позже многие ученые поддерживали идею создания внепланетных городов и предлагали свои проекты. Так, Герман Нордунг, австро-венгерский ракетный инженер и активный единомышленник Циолковского, предложил использовать в качестве источника энергии зеркальные солнечные батареи, накапливающие тепло. Идеи Циолковского о жизни за пределами Земли также частично легли в основу проекта первой орбитальной станции «Салют-1», которую СССР запустил в космос в 1971 году.
«Летающий» экспресс
Циолковского интересовали передвижения не только по Вселенной, но и по Земле. В 1928 году он опубликовал статью «Путешественник в мировые пространства». Ученый пришел к справедливому выводу, что в будущем для «быстрейших передвижений» могут понадобиться совершенно новые транспортные средства. «Сверхэкспресспоезд», придуманный Циолковским, выглядел как обычный вагон, но с плоским дном без колес. «Воздушная смазка» под дном создавала эффект «висячего» поезда, что позволяло транспорту достигать скорости в 1000 км/ч. По предположениям Циолковского, такие поезда могли бы перелетать реки без мостов и проливы во много десятков километров шириной.
В статье изобретатель утверждает, что на проект «надо смотреть как на техническую задачу, которую мы не можем выполнить сегодня, но выполним, быть может, завтра». Уверенность Циолковского в достижениях будущих поколений оправдалась — сегодня можно перемещаться на поезде без опоры на землю. Правда, движется такой транспорт не на воздушной подушке, а на магнитной, но, возможно, «завтра» по Циолковскому еще не наступило.
Ракетный поезд
В 1920-е годы теоретик придумал чертеж «ракетного поезда» — прототипа современных многоступенчатых ракет. В статье «Вне Земли» Циолковский предложил первые наработки механизма ракет, а уже в 1929 году выпустил книгу «Ракетные поезда». В ней он доказал, что отправиться в космос можно только с помощью отделяемых у поезда блоков — такой конструкцией современные инженеры пользуются при сборке новых ракет до сих пор. И хотя расчеты ученого были верны, впервые их получилось проверить на практике только в 1944 году, когда Германия вывела на суборбиту первую в мире баллистическую ракету V-2.
Циолковский верил, что эта технология поможет человечеству развиваться и знакомиться с новыми цивилизациями. «Млечный Путь содержит сотни миллионов солнц и миллиарды планет, на которых могла бы зародиться жизнь», — говорил ученый-самоучка в статье «Зарождение жизни на Земле». Многие идеи Циолковского продолжают реализовываться спустя много лет после его смерти. Возможно, однажды люди сумеют воплотить в жизнь и самые безумные его изобретения.
Forbes Life благодарит Музей космонавтики и Национальную электронную библиотеку за помощь в подготовке материала. В сентябре музей и библиотека подготовили уникальный совместный проект, посвященный жизни и работе Константина Циолковского, — ознакомиться с проектом можно по ссылке.