ГЛАВА Х КОСМИЧЕСКАЯ РАКЕТА
ГЛАВА Х
КОСМИЧЕСКАЯ РАКЕТА
В 1896 году Циолковскому попала в руки небольшая брошюра изобретателя и инженера Александра Петровича Федорова, под названием «Новый способ воздухоплавания, исключающий воздух как опорную среду». В этой брошюре объемом в восемь страниц текста автор, применяя несложные математические выкладки, доказывал, что для полета летательного аппарата совсем не обязательно наличие воздушной среды. Возможна такая конструкция, при которой аппарат может лететь и в безвоздушном пространстве, за пределами атмосферы.
Воздух, действительно, совершенно необходим для подавляющего большинства летательных аппаратов, как, например, аэростаты, аэропланы, геликоптеры, орнитоптеры, воздушные змеи и проч. Но для летательных аппаратов, предлагаемых автором, воздух как опорная среда будет совершенно не нужен и, строго говоря, явится лишь помехой, так как будет оказывать известное сопротивление летящему аппарату.
Новый принцип Федорова состоял в использовании энергии струи какого-либо газа или газовой смеси, выходящей с очень большой скоростью из отверстия аппарата для создания подъемной и движущей силы. Федоров давал и силовую схему двигателя подобного летательного аппарата. Чтобы объяснить его действие, проще всего представить себе полет хотя бы обыкновенной фейерверочной ракеты.
В самом деле, как происходит взлет и дальнейший полет такой ракеты? Она стоит на «пусковом станке», то-есть на вертикальном, вбитом в землю бруске с двумя направляющими гнездами, сквозь которые пропущен ее «хвост» — деревянная палочка метра в полтора длиною, делающая полет ракеты устойчивым. Из нижнего узкого отверстия гильзы, наполненной быстро горящим составом (пороховой смесью), который перед взлетом ракеты поджигают стопином, начинает бить вниз мощной струей с огромной скоростью масса горячих газов — продуктов сгорания пороховой смеси. Сила реакции гонит самую гильзу с ее деревянным направляющим хвостом вверх.
Ту же самую реакцию («отдача») испытывает, например, наша правая рука, когда мы стреляем из револьвера. В силу реакции же откатывается назад после выстрела артиллерийское орудие («откат») и т. д. Это явление прекрасно иллюстрируется также известным в каждой начальной школе простым прибором — сегнеровым колесом.
Циолковский сразу же пришел к заключению, что автор книжечки абсолютно прав, что предлагаемый им летательный аппарат вполне осуществим и в безвоздушном пространстве будет лететь с значительно большей скоростью, чем в атмосфере, так как отпадет сопротивление воздуха.
Так или иначе принцип корабля для межпланетных сообщений, которого так долго и тщетно искал Циолковский, был окончательно и бесповоротно найден. В то же время такой прибор мог быть использован и для исследований воздушного океана до его верхних пределов.
«Еще с юных лет» — писал Циолковский, — я нашел путь к космическим полетам. Это — центробежная сила и быстрое движение (см. мои «Грезы о земле и небе», 1895 г.). Первая уравновешивает [силу земного притяжения] и сводит ее к нулю. Вторая поднимает тела к небесам и уносит их тем дальше, чем скорость больше.
Вычисления могли указать мне и те скорости, которые необходимы для освобождения от земной тяжести и достижения планет. Но как их получить? Вот вопрос, который всю жизнь меня мучил и только в 1896 году был мною определенно намечен, как наиболее осуществимый.
Долго на ракету я смотрел, как все: с точки зрения увеселений и маленьких применений. Она даже никогда меня не интересовала в качестве игрушки».
Книжечка Федорова явилась, таким образом, своего рода ключом, с помощью которого Циолковский открыл (пока теоретически) дверь в безграничное межпланетное пространство.
Ученому оставалось лишь изумляться, как эта простая идея не пришла ему в голову раньше. Не говоря уже о том, что у Федорова имелся длинный ряд предшественников и многие из них были знакомы Циолковскому, — сам Константин Эдуардович за двадцать лет до этого выдвинул, как мы знаем, принцип реактивного космического снаряда.
Но даже и теперь ученый не вспомнил о своей юношеской работе.
Ракета была известна еще в отдаленные века (например, в Китае) и имела практическое применение в фейерверочном искусстве и в военном деле.
Вскоре после появления аэростатов Миолан и другие изобретатели пытались опытным путем, без каких-либо расчетов, заставить двигаться воздушный шар в воздухе реактивным действием струи газа, выходящей из отверстия у линии его экватора.
В первой половине XIX века большинство европейских государств пережило увлечение ракетой в области военного дела. Использование ее для военных целей начато было в 1804 году англичанином Вильямом Конгревом, который за пять лет до этого имел случай наблюдать действие боевых ракет в Индии, где местные войска применяли их в борьбе с захватившими страну англичанами. Первое использование в Европе (под Булонью, в 1804 г.) ракет, построенных Конгревом в соответствии с уровнем европейской техники, не было удачным, но при осаде Копенгагена их применение дало большой эффект. После этого несложное, в сущности, устройство боевых ракет вызвало подражание в большинстве европейских армий, и в их состав стали включаться специальные отряды ракетчиков. Такие отряды ввели у себя Англия, Франция, Пруссия, Австрия, Голландия, Испания, Греция и многие другие государства.
В эти годы ракета сделалась настолько популярной, по крайней мере в Европе, что ей стали находить и другое применение, кроме военного и увеселительного (фейерверка).
В 1807 году английский капитан Трейгресс впервые сделал опыт переброски троса на гибнущее морское судно (в Гельстоне) посредством ракеты, а через несколько лет китолов-англичанин Скорезби первый использовал ракеты для бросания гарпуна в китов при китобойном промысле.
Реактивный двигатель дирижабля Ласчинского (проект). По редкому изданию 1833 г.
(В центре — двухцилиндровый насос для нагнетания воздуха в трубу hh1; аb и mk— концы трубы, несущие выпускные клапаны c и b, управляемые тягами de в no.)
Учитывая, очевидно, интерес к ракетному делу в нашей стране, русский писатель П. И. Свиньин, посетивший в конце 1813 года Лондон и издавший затем книгу «Ежедневные записки в Лондоне»[65], где он подробно описывает достопримечательности города, посвятил специальную главу конгревовым ракетам, самому Конгреву и опытам с ракетами в присутствии автора в Вульвичском арсенале.
В высказываниях Свиньина о роли ракет в военном деле явно отражается та высокая оценка, которая давалась им тогдашними европейскими военными авторитетами:
«Конгревовы ракеты в наступающей войне (с Наполеоном. — Б. В.), вероятно, ознаменуют адское предназначение свое и передадут в потомство имя изобретателя их, полковника Конгрева. Если бы бедствия войн, наносимые роду человеческому в войне, не были бедствиями необходимыми и условными, если бы в войне не считалось позволительным и славным делать неприятелю возможный вред, то изобретатель ракет сих заслуживал бы изгнания с лица земли, как величайший злодей и истребитель рода человеческого, ибо, конечно, со времени открытия пороха не было еще ничего изобретено смертоноснее и вреднее их».
Из описания Свиньина видно, что Конгревом было организовано в Вульвиче своего рода массовое производство ракет, — так велик был спрос на них.
Первые серьезные попытки теоретически обосновать расчет реактивного двигателя для летательного аппарата, а именно для дирижабля обтекаемой формы, были сделаны Ласчинским (Германия) в 1833 году. Труд Ласчинского носит название: «Теория аэронавтики или математические соображения об управлении аэростатами посредством руля, парусов и сжатого воздуха»[66]. Приведя специальную схему, автор уделяет несколько страниц книги вычислениям силы тяги и потребной мощности предлагаемого им реактивного двигателя, действующего сжатым воздухом.
В 1837 году бельгиец Жобар построил лодку, приводившуюся в движение ракетным двигателем, на которой он намеревался в 11 минут покрыть по морю расстояние между Кале и Дувром (30 клм.)[67].
Русское военное ведомство также уделяло большое внимание ракетному делу. Для изучения этого вопроса была организована специальная лаборатория, которою руководил, как и всем ракетным делом, ученый артиллерист-изобретатель, военный инженер К. И. Константинов. Он одним из первых поставил опыт определения движущей силы ракеты и пришел к заключению о неэкономичности ее работы при малых скоростях движения. Ряд исследований этого ученого печатался в России и за границей. В работах по вопросам летания ему помогал один из инженеров французского воздухоплавания, переселившийся в Россию и служивший у нас в военном ведомстве, — Ксавье де-Местр.
В 40-х годах русским военным инженером Третесским был составлен обширный труд, посвященный вопросам применения летательных аппаратов, в том числе и реактивных, для военного дела.
В России же в 60-х и 70-х годах тремя изданиями вышло описание проекта управляемого аэростата, сделанное моряком Н. С. Соковниным[68]. Двигатель к нему он предлагал применить именно реактивный, действующий сжатым воздухом, но совершенно иного устройства, чем у Ласчинского. Книга Соковнина была переведена на английский язык и издана в Лондоне в 1886 году.
Большой интерес представляет проект реактивного аппарата революционера-народовольца Николая Ивановича Кибальчича, бывшего студента Петербургского института инженеров путей сообщения. Хорошо изучив свойства различных взрывчатых веществ, он, повидимому, давно обдумывал такой проект.
1 марта 1881 года бомбой боевой группы народовольцев в Петербурге был убит император Александр II. Бомба была изготовлена Кибальчичем, активным членом боевой группы.
Через короткое время Кибальчич был схвачен жандармами и вместе с другими участниками террористического акта приговорен к смерти. В ожидании казни он решил передать потомству свое изобретение. 23 марта Кибальчич заявил о нем тюремным властям, требуя, чтобы его проект был передан на рассмотрение ученых экспертов.
«Находясь в заключении, за несколько дней до своей смерти, — говорилось в его заявлении, — я пишу этот проект. Я верю в осуществимость моей идеи, и эта вера поддерживает меня в моем ужасном положении. Если же моя идея, после тщательного обсуждения учеными-специалистами, будет признана исполнимой, то я буду счастлив тем, что окажу громадную услугу родине и человечеству. Я спокойно тогда встречу смерть, зная, что моя идея не погибнет вместе со мною, а будет существовать среди человечества, для которого я готов был пожертвовать своей жизнью»[69].
Далее следовали объяснения к схеме реактивного двигателя. Двигатель состоял из цилиндра Л, вертикально поставленного на стойках NN над платформой Р и представляющего собою в увеличенном масштабе гильзу мощной ракеты. Сжигая внутри этой гильзы последовательно вводимые туда порции прессованного пороха К. Кибальчич предполагал получить соответствующую реактивную силу, направленную вверх, по оси цилиндра, и увлекающую всю систему вверх.
Меняя положение цилиндра, соединенного со стойками с помощью двух цапф, и делая его горизонтальным, Кибальчич проектировал вместо подъемной силы получить силу тяги, которая по тому же принципу должна была перемещать летательный аппарат в горизонтальном направлении.
Царские чиновники не дали, понятно, проекту Н. И. Кибальчича никакого хода. 3 апреля Кибальчич был казнен. Проект его так и остался лежать в запечатанном конверте в секретном архиве жандармского управления. Только после падения самодержавия в 1917 году проект Кибальчича был извлечен из недр этого архива и через тридцать шесть лет увидел, наконец, свет.
Собственноручный эскиз реактивного прибора Кибальчича (1881). По факсимиле, воспроизведенному в журнале «Былое». 1918 г.
Аналогичный проект реактивного летательного аппарата разрабатывал в 80-х годах один из пионеров русской авиации и воздухоплавания, лейтенант В. Д. Спицын. В его проекте, оглашенном им в 1910 году[70]. основную роль должны были играть «ветрогоны» — сильные крыльчатые вентиляторы, дающие мощную струю воздуха. Реактивное действие этой струи и должно было создавать подъемную силу в его аппарате.
Существовал, кроме того, еще ряд проектов применения реактивных двигателей к летательным аппаратам как за рубежом, так и в России.
Ознакомившись с брошюрой Федорова, Циолковский порывался сразу же засесть за теоретическую разработку реактивного принципа в приложении к идее космического корабля. Но желание довести до конца начатую раньше работу по изучению сопротивления воздуха взяло верх, тем более, что проделать эту работу важно было не только для осуществления дирижабля, но и ракеты, которой, прежде чем проникнуть за пределы атмосферы, необходимо преодолеть огромное сопротивление воздуха.
Лишь после завершения своих аэродинамических опытов Циолковский разобрал «воздуходувку» и с особым увлечением занялся теоретической разработкой своего космического корабля.
Тяжелые бытовые условия не могли отвлечь Циолковского от вопроса, в котором он видел цель всей своей жизни. В 1903 году он опубликовал в «Научном обозрении» статью, посвященную проблеме космического корабля, под заглавием «Исследование мировых пространств реактивными приборами». Эта глубоко содержательная статья положила — не только в России, но и за границей — начало той отрасли науки, которая лишь через несколько десятилетий, уже в наше время, получила наименование «космической навигации» или «космонавтики», то-есть науки о движении летательных аппаратов в космическом пространстве.
В силу печальных обстоятельств, о которых будет сказано ниже, Циолковскому удалось напечатать только первую часть своей статьи. Опубликовать вторую ее часть он сумел лишь через восемь лет. Но основные положения были изложены Циолковским именно в первой части. Таким образом, приоритет в теоретическом обосновании применения реактивных летательных аппаратов как для исследования верхних слоев атмосферы, так и для проникновения в межпланетное пространство бесспорно принадлежит Циолковскому. Он первый в мире дал математический анализ тех крупных возможностей, которые открываются реактивными летательными аппаратами в применении к этим целям, определил скорости, необходимые для того, чтобы летательный снаряд мог преодолеть сопротивление атмосферы и земное притяжение, указал на наиболее подходящее горючее для межпланетного корабля и т. д. Фантастические мечты, развиваемые Циолковским в предшествовавшие годы, облекались теперь в научную форму. Корабль для космических полетов был, наконец, найден, и теперь производились первые его расчеты: мощность ракетного двигателя, его скорость, вес и т. д. Теперь намечался путь его в космосе среди небесных светил. Математическими выкладками Циолковский неопровержимо доказывал, что теоретически вполне возможен полет человека не только в пределах земной атмосферы, но и на огромные расстояния за ее пределами. Лучшим и, в сущности, единственно возможным летательным аппаратом для такого космического полета и должна явиться ракета. Основное в ней, ее «становой хребет» — камера взрыва, переходящая в раструб (для этого раструба ныне принято наименование «дюза»). Из камеры извергаются с огромнейшими скоростями (порядка нескольких тысяч метров в секунду) продукты мгновенного сгорания тех или иных веществ, например, водорода и кислорода. Они поступают в камеру из специальных баков, занимающих большую часть корпуса ракеты. Возникающая при этом реактивная сила сообщает межпланетному кораблю такую огромную скорость, что она позволит ему не только преодолеть всю толщу земной атмосферы, но и удалиться от земли на такое расстояние, на котором уже прекращается сила земного притяжения.
Поместившись в рубке в головной части ракеты и управляя механизмами небесного корабля, человек сумеет, наконец, проникнуть туда, куда достигает пока лишь его пытливый взор с помощью сверхмощных объективов гигантских астрономических труб.
О деталях устройства космического корабля в первой статье Циолковский не упоминал. Устройство ракеты было описано им лишь схематически. Циолковский успел рассмотреть в статье основные принципы полета ракеты в атмосфере, в среде, где еще действует сила тяжести, а также в среде, свободной от тяжести и атмосферы.
В дальнейшем Циолковский предусмотрел ряд деталей в устройстве своего космического корабля. Он наметил не только механизмы для создания в герметически закрытой рубке ракеты необходимой для существования человека атмосферы (как это осуществлено в наши дни в подводных лодках и гондолах стратостатов), но и другие важные детали.
При достижении больших скоростей, особенно скоростей, необходимых для преодоления земного притяжения, должен был встать вопрос: как предохранить че~ ловека, который поместится в летящем с огромной быстротой снаряде, от губительного действия ускорения силы тяжести при быстром возрастании скорости от нуля до максимума.
Схемы космических ракет Циолковского.
Циолковский решил этот вопрос еще в 1891 году в статье «Как предохранить нежные вещи от толчков», исходя из следующего простого опыта. Он бросал с высоты сырое куриное яйцо, помещенное в закрытую банку с водой, и яйцо оставалось целым. Поэтому и человека, летящего в космическом снаряде с большой скоростью, он в дальнейшем предлагал при отправлении в полет помещать в резервуар, наполненный жидкостью, например водой.
Статья Циолковского, получившая положительный отзыв профессора Столетова, была опубликована в четвертом томе трудов Общества любителей естествознания за 1891 год. Теперь эта мысль была развита применительно к ракетному кораблю.
Занимался Циолковский и вопросами управления ракетой. Человек или группа людей, поместившись в специальной рубке внутри снарядов, смогут, по мысли Циолковского, регулировать скорость полета путем уменьшения или увеличения подачи горючего в камеру взрыва, а также изменением направления полета, как в самолете, рулями. Для этой цели он на схеме ракеты помещал рули в струе извергаемых из сопла ракеты газов. Если положение рулей совпадает с осью ракеты, рули не действуют на направление полета (нейтральное положение рулей). Отклонением же рулей в ту или иную сторону вызывают вращательный момент, заставляя корпус ракеты изменять свой путь в желаемом направлении.
Задержка в опубликовании следующей части работы Циолковского в «Научном обозрении» была связана с трагической гибелью редактора журнала М. М. Филиппова.
Здесь уместно остановиться на личности этого неоднократно упоминавшегося нами научного и общественного деятеля. Профессор Филиппов представлял незаурядное явление среди ученых-писателей того времени. На страницах своего журнала он предоставлял место работам не только Циолковского, но и других работников нарождавшегося воздухоплавания. В «Научном обозрении» принимал участие и Д. И. Менделеев, с которым Филиппов был дружен.
Зато «предержащие власти» — полиция и охранка — терпеть не могли этот журнал. Какую репутацию он имел у них, видно из следующей секретной характеристики, данной журналу вице-директором департамента полиции Зволенским. Эта характеристика была обнаружена после Октябрьской революции в архивах охранки.
«Редактируемый Филипповым журнал «Научное обозрение», — писал Зволенский, — представляет собою орган так называемых марксистов, причем большая часть помещенных в нем статей посвящена социализму и экономическим вопросам»[71].
Действительно, по этим вопросам в журнале печатал статьи находившийся в ссылке, а затем в эмиграции Владимир Ильич Ленин («Заметка к вопросу о теории рынков», «Еще к вопросу о теории реализации», «Некритическая критика», 1898— 1900 гг.). Публиковались там также статьи Г. В. Плеханова, В. И. Засулич и переводные статьи основоположников марксизма К. Маркса и Ф. Энгельса. Сам Филиппов сочувствовал марксизму.
Нелегко было Филиппову поместить в своем журнале статью Циолковского о космическом корабле.
«Я придумал для нее, — писал впоследствии Циолковский в одной из неопубликованных своих рукописей, — темное и скромное название: «Исследование мировых пространств реактивными приборами». Несмотря на это, редактор М. Филиппов мне жаловался, что статью с большим трудом и после долгой волокиты разрешили».
Тупые «охранители порядка», неспособные разобраться в статье по существу, все боялись, «как бы чего не вышло». Всякий смелый полет мысли их пугал. К тому же журнал был крайне «неблагонадежен».
Впоследствии Циолковский часто с гордостью упоминал, что его статья была помещена почти рядом со статьей Д. И. Менделеева в том же номере журнала. Но именно этот номер роковым образом оказался последним, на нем прекратилось печатание журнала.
Дело в том, что М. М. Филиппов работал в то время над проблемой взрывов на расстоянии. Полагая, что, изобретя способ производить взрывы на расстоянии, он навсегда уничтожит самую возможность современной войны, Филиппов занимался поисками таких средств. Во время работы в июне 1903 года он погиб от отравления газом.
Немедленно же на место трагического происшествия явились жандармы. Все приборы и бумаги были вывезены и пропали бесследно. Журнал «Научное обозрение» был немедленно закрыт, в редакции его произведен был обыск и изъятие литературных материалов и переписки.
Для Циолковского это событие явилось большим ударом. Он потерял не только искренне сочувствовавшего и помогавшего ему человека, но и возможность полного опубликования заветной работы. Ему не удалось получить даже оттисков второй части своей статьи.
«Время было строгое,—писал он автору этой книги,— когда печаталось начало моей статьи, и редактор терпел большие неприятности от цензуры, если не больше. Оттиски (особые), как видно, были конфискованы, так как я их не мот получить даже за деньги из типографии, и говорить о них со мной не стали...» [72]
Факсимиле работы К. Э. Циолковского «Исследование мировых пространств реактивными приборами» (1903) с пометками автора.
На статью Циолковского о космическом ракетном корабле обратили в то время еще менее внимания, чем на исследования по экспериментальной аэродинамике. Работа осталась незамеченной, в особенности за рубежом. Этому было несколько причин.
Трагическая гибель при таинственных обстоятельствах редактора «Научного обозрения» создала значительный шум и в самой России и за границей. Попытка царских властей замять дело с ликвидацией ненавистного марксистского научного журнала путем ареста всех бумаг редакции и всего, что было обнаружено в лаборатории Филиппова, подлила, разумеется, лишь масла в огонь.
О таинственных «лучах Филиппова» (вызывающих взрыв на расстоянии) и о самой личности «красного профессора» стали писать за границей, где его и до этого неплохо знали в научных кругах. По сравнению со всеми этими сенсационными событиями появление первой части статьи Циолковского, кстати сказать, крайне искаженной отвратительной корректурой, отошло на задний план.
Далее, как мы знаем, как раз в это время, в 1903 году, братья Райт впервые практически разрешили проблему полета на аэроплане с двигателем внутреннего сгорания. До глубины души взволновали Константина Эдуардовича первые полученные в России известия о полетах братьев Райт в Америке. Он сознавал огромное значение для всего человечества этой победы над воздухом. «Письмо Ваше и статью о Райте получил, — пишет он инженеру А. В. Ассонову, — она тронула меня до слез. Номер этот я сохраню».
Это блестящее достижение, державшееся сначала в тайне, вскоре всколыхнуло весь мир. Еще до этого производили свои полеты на дирижаблях Цеппелин, Сантос-Дюмон и другие. Начиналась эпоха подлинного завоевания воздуха.
Внимание было привлечено именно к тем проблемам, которые в свое время так настойчиво и так безуспешно развивал Циолковский, Но, с другой стороны, как раз достижения в области авиации и воздухоплавания заслонили поднятую Циолковским проблему межпланетного реактивного корабля.