100 великих россиян

В начале 1990-х гг. у Циолковского возник интерес к летательным аппаратам тяжелее воздуха. В 1891 г. он опубликовал работу «К вопросу о летании посредством крыльев», а в 1894 г. появилась статья Циолковского «Аэроплан, или птицеподобная (авиационная) летательная машина». Здесь он сделал попытку путем расчетов определить основные летные характеристики аэроплана для установившегося горизонтального полета. Для своего времени это была очень содержательная работа, но более популярного, чем научного характера. Не ограничиваясь теоретическими рассуждениями, Циолковский соорудил у себя дома в Калуге самодельную воздуходувную (аэродинамическую) трубу (первую в России!) и провел здесь много экспериментов по определению сопротивления тел различной формы. В 1900 г., получив небольшое денежное пособие от Академии наук, он создал аэродинамическую трубу большей мощности с аэродинамическими весами. К сожалению, результаты экспериментов Циолковского не были своевременно опубликованы и потому не оказали никакого влияния на развитие авиации. Многие закономерности, им впервые установленные, были обнаружены потом другими учеными.

Однако главным образом имя Циолковского связывается теперь с развитием теории реактивного движения (ракетодинамикой), основы которой он заложил. Первая его статья на эту тему «Исследование мировых пространств реактивными приборами» появилась в 1903 г. в журнале «Научное обозрение». В этом труде Циолковский впервые в истории предложил использовать ракету для исследований космических пространств и межпланетных полетов. Он первый задумался над вопросами: каковы основные законы, управляющие движением ракеты, заметно меняющей в процессе полета свою массу? Как рассчитать скорость полета реактивного аппарата? Как выбраться на реактивном приборе за пределы атмосферы? Как выбраться за пределы притяжения Земли? В этой же статье Циолковский впервые дал описание жидкостной ракеты, в которой горючим является жидкий водород, а окислителем – жидкий кислород.

Циолковский попытался сделать математический расчет движения такой ракеты в свободном пространстве. Понятно, что в ходе полета масса ракеты из-за расхода топлива будет постепенно уменьшаться. Циолковский учел это и вывел формулу, позволяющую определить скорость ракеты при постепенном изменении ее массы. Эта формула называется теперь формулой Циолковского. Благодаря ей впервые стало возможным путем вычислений заранее определять летные характеристики ракет. (Позже Циолковский попробовал разрешить более сложную задачу – рассчитать движение ракеты при ее вертикальном старте с поверхности Земли, то есть тогда, когда на нее воздействуют гравитация и сила лобового сопротивления воздуха. Выведенные им формулы не учитывают многих обстоятельств, с которыми столкнулась позднее ракетодинамика (например, Циолковский не имел еще представления о силах сопротивления при сверхзвуковых скоростях, движение ракеты он рассматривал как прямолинейное, а влияние систем управления на летные характеристики вообще не учитывалось). Поэтому в наше время расчеты Циолковского можно рассматривать лишь как первое (грубое) приближение, но суть происходящего отражена в них верно.)

Управлять полетом ракеты Циолковский предполагал или при помощи графитовых рулей, помещаемых в струе газа вблизи раструба (сопла) реактивного двигателя, или поворачивая сам раструб. Чтобы уменьшить отрицательное воздействие перегрузок на космонавтов при старте ракеты, Циолковский предлагал погружать их в жидкость равной плотности. Позже Циолковский пришел к очень плодотворной идее многоступенчатых ракет (ракетных поездов и эскадрилий ракет в его терминологии). Он же заложил основы расчета полета этих ракет. (В 1926 г. Циолковский разработал теорию полета двухступенчатой ракеты с последовательным отделением ступеней, а в 1929 г. – общую теорию полета многоступенчатой ракеты.)