Щрихи към живота и делото на Константин Циолковски, Част I

„Човечеството няма да остане вечно на Земята, но в борбата за светлина и пространство най-напред плахо ще проникне отвъд пределите на атмосферата, а след това ще завладее цялото околослънчево пространство“

Константин Циолковски

 Идеята за космически полети като реална възможност за пръв път стига до широката публика през 1920 г., когато американецът Робърт Годард и румънеца Хeрман Оберт. Когато идеите им стигат до хората на науката, те са посрещнати с викове и присмех. В статия, отпечатана през 1926 г. проф. А. У. Бикертън реагира остро на идеите на Годард и Оберт. Според него желанието да се достигне Луната е глупава идея и абсурдна крайност, до която учените достигат, работейки изолирано в непроницаеми за мисълта кабинети. Бикертън отбелязва, че за да може снарядът напълно да преодолее силата на земното притегляне, той ще трябва да развие скорост от 11 километра в секунда. Енергията на нитроглицерина – най-силното взривно вещество, с което в този период разполагат – е по-малка от 1500 калории на 1 грам. След тези твърдения Бикертън е убеден, че подобни полети са само в кръга на научната фантастика. Между 30-те и 40-те години мнозина видни учени се подиграват на пионерите на ракетните полети.

 Тридесет години след изявлението на Бикертън е пусната станция „Луна 2“, по-голямата част от няколкостотин тона керосин и течен кислород са изразходвани недалеч от повърхността на Русия, но половинтонният полезен товар достига до Морето на дъждовете на Луната.

 С днешна дата в областта на ракетостроенето се наблюдава усилена работа от компанията на Илън Мъск SpaceX, достигнала до построяването на най-голямата космическа ракета. Ракетата е с височина 120 метра и надвишава тази на всички предишни космически апарати в историята. Предстои да бъде изстреляна. Ракетата Space Heavy ще изведе Starship в орбита, където капсулата ще направи пълна обиколка около Земята, след което ще падне във водите на Тихия океан около Хавайските острови. Самата ракета ще падне в Мексиканския залив. Амбициите на екипа на Мъск са насочени към намирането на начин за повторно използване на ракетите, така че след излитане те да могат да кацат на специални платформи във водата или на сушата. Друга амбиция на милиардера е да създаде колония на Марс, като поставя срок до 2026 г.

 Всички тези мечти за проникване в космическото пространство нямаше да представляват реална възможност, ако науката не разполагаше с изследванията на учени, провокирали човечеството да следва своите мечти в областта на космическите полети. Един такъв учен, изиграл важна роля за бъдещето на ракетостроенето, е Константин Едуардович Циолковски, руски учен от полски произход, положил теоретичните основи на ракетостроенето и космонавтиката.

 Константин Циолковски е роден на 17 септември 1857 г. в село Ижевск до град Рязан в семейството на Мария Иванова Юмашева и Едуард Игнатиевич Циолковски. На деветгодишна възраст момчето се разболява от скарлатина и след усложнения губи своя слух. Настъпва период, наречен от него по-късно „най-тъжното, най-мрачното време в моя живот“. Семейството на Циолковски живее в бедност. Бащата на Циолковски е учител от земемерно-таксаторските класове при Рязанската гимназия, назначен през 1868 г. за началник на отдела за горите във Вятка.

С децата (Игнатий е брат на Циолковски) обикновено се занимава майката, но бащата също образова своите синове. Веднъж той ги събрал около себе си. Пробол с шиш за плетене една ябълка и се опитал да им разкаже за въртенето на земното кълбо. Но учителят бил прекалено нетърпелив или учениците прекалено малки – от урока нищо не излязло. А когато ядосаният педагог излязъл от стаята, учениците моментално изяли модела на планетата. След години, когато Циолковски хваща перото, пред очите му се появяват картините на далечното минало, а ръката му ще напише: „Ние обичаме да украсяваме детството на великите хора, но едва ли не изкуствено, поради предвзетост… Бъдещето на детето не може да се предвиди…“

 През 1869 г. бащата записва децата в първи клас на мъжката Вятска гимназия. На дванадесет години Циолковски става гимназист. Двамата братя тръгнали на училище, препасани с колани с тежки токи. Проблемите със слуха на Циолковски обаче не му позволяват да чува учителите и да се готви за уроците. Бъдещият учен открива друг начин да се образова – книгите. На тринадесетгодишна възраст, малко преди да се раздели с гимназията, Константин се разделя завинаги със своята майка. Веселата, жизнерадостна Мария, която научила сина си да чете и пише и го запознала с основните аритметични понятия, си отишла от този живот, оставяйки след себе си травмирано момче. Лишен от подкрепа, Константин затъва все по-дълбоко в проблемите с училището. Той започнал да чувства все по-остро своята глухота, която го изолирала от света и обиждала. Самотата станала все по-тягостна. В онзи момент, достигнал почти дъното на болката и мъката, Циолковски сменя самотата си с желание да извърши велики дела, за да заслужи одобрението на хората и да не бъде толкова презрян.

 На около четиринайсетгодишна възраст започва да се интересува от физика, химия, механика, астрономия, математика и др. Във „Физика“ на Адолф Гано („Физика“ излиза през средата на XIX век във Франция) Циолковски се натъква на отдел „Аеростати“. В този отдел Гано излага историята и устройствата на изкуствените спътници, като накрая отбелязва, че истинската полза от тях може да се очаква само тогава, когато се открият средства за управлението им. Вероятно именно тогава Циолковски за пръв път се замисля над несправедливата съдба на изкуствените спътници и си поставя за задача да намери решение. Скоро юношата решава да направи малък водороден балон с книжна обвивка, но без водород. С тази хартия обаче балонът няма да полети. Няколко години по-късно Циолковски измисля метална обвивка.

Веднъж, докато разглеждал учебника по земемерно дело, забутан между книгите на своя баща, се заинтересувал от определянето на разстоянията до недостъпни тела. По фигура на описанието, дадени в книгата, той направил ъгломерен инструмент – астролабия. Уредът съвсем не бил съвършен, но вършел работа. Циолковски насочил астролабията към близката пожарна наблюдателна кула и установил, че разстоянието то нея е 400 аршина. От този момент, пише по-късно той, „аз повярвах на теоретичното знание“. Веднъж Константин видял струг и малко след това успял да го измайстори.

Създаването на различни уреди привлича вниманието на бащата на Циолковски. От време на време юношата разсъждава по въпроси, които плашели неговите близки. Той мечтае да полети към звездите! На шестнайсетгодишна възраст Циолковски си поставя благородна цел – да проникне в космическото пространство. Способностите на сина, необикновеният му ум провокират бащата да мисли как да продължи образованието на своето дете. През 1873 Костя заминава за Москва, за да работи върху самообразованието си. С много мъки успява да намери подслон в скъпия град. Москва му изглежда потискащо грамадна. Но в този град бъдещият учен намира пристан в библиотеката. В библиотеката идвали Толстой, Островски, Жуковски и др.

Работният ден на Циолковски започвал рано. Разстоянието от дома му до библиотеката било значително. Няма възможност да пътува с трамвай. През първата година той изучава основно физиката и основните положения на математиката. През втората година се залавя за диференциалното и интегралното смятане, висшата алгебра, аналитичната геометрия и сферичната тригонометрия.  В началото неговата научна самостоятелност е скромна. От елементарната математика Циолковски преминава към висшата математика и аналитичната геометрия. По-късно в книгата си „Простото учение за въздушния кораб и неговото построяване“ той пише за своето образование: „Системно съм се учил малко…, четях само това, което би могло да ми помогне да реша интересуващите ме въпроси, въпросите, които смятах за важни…“

 Това, което вълнува мисълта на Костя, е свързано с практическото използване на енергията на Земята, с построяването на метални аеростати, вечно носещи се във въздуха, с проникването в Космоса и др. Често го измъчва въпроса за центробежната сила, която би могла да се използва за издигане отвъд атмосферата, в небесното пространство. Измисля машина, която би могла да полети в Космоса. В затворена камера едно срещу друго са поставени две махала с топки в края. Докато се въртят, те трябва да пораждат центробежна сила, способна да откъсне машината от земята.

Баща му изпраща всеки месец по 10-15 рубли, които той дава за книги, химикали и лабораторни принадлежности. Живее в пълния смисъл на думата на хляб и вода. Три пъти на ден ходи във фурната, за да си купи хляб за девет копейки. Цената, която трябва да плати за свето образование, е глад. В захлас чете биографии на знаменити астрономи, физици и др.

 Междувременно баща му е в края на своя живот и спира финансирането на своя син. Слаб и бледен пристига Циолковски във Вятка. Въпреки че не е направил някакви забележителни открития, не се е сдружил с някои московски професори, юношата се връща у дома с увереност в собствените сили, вяра в бъдещето. За да припечелва хляба във Вятка, Циолковски става домашен учител на слаби гимназисти. Работата му се увеличава, но през свободното си време се занимава със своите мечти. Запознаването със закона на притеглянето на Нютон, на който се подчинява движението на небесните тела, е основа на бъдещите размисли върху астрономията. След две години тези размисли ще бъдат записани в „Рязанските тетрадки“ – най-ранните от всички запазени ръкописи на учения. Интересът към механиката и математиката му подсказва пътя към ракетата, космонавтиката и аеродинамиката.

 Скоро семейството се премества в Разян. Циолковски живее отделно от своя баща, наема стая у Шапкин. Малките спестявания, натрупани във Вятка, бързо се стопяват. И никакви уроци няма. Тогава Циолковски се заема с подготовка за изпити, необходими за практикуването на учителската професия. Докато чака да бъде назначен някъде като учител, Циолковски създава центробежна машина – предшественица на центрофугите, в които се тренират космонавтите. Използва хлебарки и пилета за своите опити в центробежната машина. Ще минат години и целия свят ще заговори за кучето Лайка, първият космически пътешественик, но по онова време никои не се е интересувал от съдбата на пилето и хлебарките, подложени от Циолковски на изпитанията на претоварването.

През 1880 пристига дългоочакваното назначение от Министерството на просветата. Циолковски е назначен в град Боровск. Циолковски намира приятна квартира и любезни хазяи. В семейството на Евграф Николаевич Соколов живее и неговата дъщеря Варя, бъдещата съпруга на Циолковски. Скоро от Москва започват да пристигат поръчаните уреди: микроскоп, термометри, барометър и др. В лицето на младото момиче Циолковски намира внимателна слушателка. През август 1880 г. свещеникът разменя венчалните им пръстени.

Следва написване на изследването „Свободното пространство“, което приличало на научен дневник на първооткривател, впуснал се в смело извънземно пътешествие. Този дневник, започнат на 20 февруари 1883 г., Циолковски води до 12 април 1883 г. Не напразно Циолковски съставял в Рязан космически карти. Откъснал се от земното притегляне, той се старае да забележи всичко, което се открива пред неговите сетива. За тези писания Юрий Гагарин твърди, че е поразен колко правилно е предвидил всичко, което самият астронавт е изживял по време на полета. Разказът за свободното пространство той снабдява с много точни подробности. По този начин се стреми да внуши чувство за достоверност, което сближава автора с неговия читател.

 „Искам да пия – пояснява Циолковски, – на разстояние 10 метра от мен, от нищо неподкрепяно, висящо в пространството, шише с вода“.  Като нахвърля схемата на космическия кораб, той го снабдява и с оръдие. Ще минат двайсет години. За управление на космическия кораб Циолковски ще предложи газови кормила. Погледът му се насочва към Луната. Той избира подходяща литературна форма за своята идея. Неговият разказ е написан под формата на сън, вълшебен сън на човек, задрямал на Земята и събудил се на Луната. Всеки, който прочете неговото произведение, ще се запознае с непознатия свят, намиращ се на средно разстояние 380 хил. километра от Земята. Именно в умението да направи далечното близко, в изкуството да подбира фактите, които не се поместват в привичните представи на неговото време, се заключва силата на разказа, по-точно очерка „На Луната“.

 Боровци гледат на Циолковски като на смахнат човек, осъждат го за тези еретични писания. Децата обаче обичат своя учител. В един момент Циолковски решава да се захване с нещо, при което ще може да съчетае научните си теоретични изчисления и майсторството на своите ръце. И тогава отново го завладява юношеската мечта за построяване на метален управляем аеростат.

 Циолковски е на кръстопът. Предстои му да избира между това да се заеме с проектирането на невиждан дотогава метален аеростат, или да търси пътища за проникване в Космоса. Мисълта за връзката със световното пространство никога не го е изоставяла. Не го напуска и през годините на борбата за аеростата. При разработването на идеята за аеростата Циолковски яростно се опълчва срещу принципи в строенето на дирижабли, считани за непоклатими. Той въстава против меката обвивка.

 И така… металният дирижабъл, в зависимост от набраната височина и от намаляване на плътността на въздуха, изменя обема си. Ножицата разкроява ламарината, калаят съска, стичайки се по поялника. Заедно с броя на моделите се увеличават и слуховете за странността на учителя по аритметика и геометрия.

 Когато в Москва разбират за неговите опити, Столетов го кани да докладва за своя метален дирижабъл във Физическото отделение на Дружеството на любителите на естествознанието. С износен евтин костюм, слаб и бледен, той стои в една от аудиториите на Политехническия музей и се чувства некомфортно. След като започва да чете доклада си, Циолковски забравя за всичко освен за дирижабъла. Вярата му в бъдещето на аеростатите е изключителна. А картините на това бъдеще той рисува много ярко. Столетов му обещава подкрепата си. С надежда за утрешния ден Циолковски се прибира у дома и заспива, надвит от умората. През нощта къщата на учения пламва заради запаления плевник на съседите. Всичко ценно, което има младия учен (тогава трийсетгодишен), голяма част от библиотеката и ръкописите му, моделите и инструментите му, е безвъзвратно унищожено. Ръкописът „Теория на аеростата“ обаче е на сигурно място – у проф. Жуковски в Москва. В немалко квартири Циолковски става жертва на „природните стихии“, но продължава към следващата… все по беден и умислен за бъдещето на своето семейство, но с пламнали за науката сетива.  

Когато финализира работата по проекта за металния аеростат, Циолковски изпраща ръкописа на Д. Менделеев, а заедно с него слага в пакета и малък книжен модел на аеростат, който можел да променя обема си. Четири дни след като Менделеев препраща документите в Руското техническо дружество един от неговите видни членове, военният инженер Евгени Фьодоров, вече дал своето заключение – ученият заслужава нравствената подкрепа на Дружеството. Съдбата на проекта обаче е решена без дълги дискусии. В началото на декември 1890 г. секретарят на VII отделение В. А. Семковски изпраща на Циолковски писмо с отказ от финансиране заради опасността, която крие подобен вид летателен апарат: обвивката лесно може да се пропука. Тъжно и тежко е на Циолковски, часове прекарва на бюрото си. В съседната стая е запалена газова лампа, Варвара Евграфова замрежва износено бельо, а децата тихичко играят с количките си, които майка им е изрязала от хартия. В този миг мислите на Циолковски са далеч от земята. Финансова подкрепа намира сред свои приятели, отнасящи се със съчувствие към необикновените му замисли. Циолковски дава за печат книгата „Метален управляем аеростат“.

 Малко след това семейството на Циолковси се мести в Калуга, където той започва да преподава в Калужкото училище. В Калуга продължава с формулите и проектите си. Готов е денонощно да работи, да се лишава от всичко най-необходимо, но да докаже на оскърбителите си, че грешат. Оръжието на Циолковски са знанията и неизчерпаемото му вдъхновение. Скоро след преселването му в Калуга е отпечатана втората част на работата му „Метален управляем аеростат“. В тази книга ученият обрисува картината на полета. Въздушният кораб ще се окаже под въздействието на различни сили. Причини за неочаквани отклонения винаги ще има: и преместването на товарите в самия кораб, и въздушните токове, и измененията в силата на течението поради едни или други краткотрайни неизправности на мотора. И ето че просто му се натрапва мисълта за автоматично действащо кормило. Но може ли да бъде заставено кормилото да се отклонява без участието на аеронавта?

  По онова време още никой не е бил в състояние да даде отговор на подобен въпрос. Циолковски работи сам, докато създаде непознатия дотогава уред – „регулатор за устойчиво насочване на оста“. Трябвало да изобрети чувствителен елемент, който а е в състояние да съобщава на регулатора за промяната в положението на аеростата. Това задължение било възложено на малка дъгообразна тръбичка с живак. Достатъчно било аеростатът малко да се наклони и живакът се премествал и затварял веригата. Включвал се електрическия генератор, задвижван от мотора на аеростата. Генераторът привеждал в действие помпата, изтикваща водата по дългата тръба, разположена край надлъжната ос на въздушния кораб. Тежестта на водата привеждала в равновесие аеростата. И всичко това ставало от само себе си, без намесата на човека. Автопилотът е първият полезен плод на страстната любов на Циолковски.

 В началото на 1893 г. Феодоров отново докладва в заседание на VII отделение за дирижабъла на Циолковски. Феодоров вярва в искреността на замисъла на калужкия изобретател и се старае да му разясни допуснатите в проекта грешки. Отново нищо. Циолковски е първият, който забелязва ролята на продълговатостта на пластинката (по-късно тази величина е наречена удължение на крилото) при отделяне на големината на аеродинамичната сила. Той стига до извода, че влиянието на продълговатостта върху големината на аеродинамичната сила е много голямо. И така предсказанията на Феодоров, че Циолковски след време ще окаже големи услуги на въздухоплаването, се сбъдва много бързо. Обаче това ни най-малко не сближава техните визии. Дълбочината на пропастта, която разделя света на Феодоров и света на Циолковски, човек може да разбере само като се запознае с казуса Шварц.

Началото на този казус е поставено през 1892 г., когато австрийският изобретател Давид Шварц предлага да се построи уред за управление на аеростати. Военният министър се разпоредил да му позволят провеждане на опитите. Така започнала позорната епопея на металния аеростат на Шварц, построен в Петербург. Шварц се провалил, тъй като нямал дори сериозно разработен проект. Аеростатът му претърпял авария. При пълненето обвивката му се деформирала и се наложило да изпуснат газ в атмосферата. След това Шварц заминава за Германия, където получава подкрепата на собственик на алуминиев завод. Той строи нов дирижабъл. Този път (вече след смъртта на Шварц) дирижабълът се откъснал от земята. И макар че първият полет не бил сполучлив, кавалерийският генерал в оставка Фердинанд Цепелин, който бил на аеродрума, повярвал в бъдещото на въздушния кораб. Цепелин купил от вдовицата на Шварц патента и скоро започнали да се появяват един след друг знаменитите немски дирижабли – цепелин, които съществували до 1940 г.

Противниците на Циолковски отричали целесъобразността на аеростата. Постепенно ученият започва да анализира възможностите на самолета. Може ли летателна машина, която е по-тежка от въздуха, да се мери с любимия му аеростат? През 1894 г. пише статията „Аеропланът, или птицеподобната (авиационна) летателна машина“. Като се опира на споменатите вече разсъждения за ролята на скоростта при по-тежките от въздуха апарати, ученият нахвърля облика на машина с крила. Двата винта в челната част ще дадат необходимата за полета тяга. Източник на енергията са експлозивни бензинови двигатели, охлаждани от потока на насрещния въздух. Вертикалното и хоризонталното кормила ще заменят опашката на птицата, с която природата ги е надарила. Но постепенно Циолковски разбира, че идеите му за аеростата и аероплана са етапи, предшестващи ракетата.

През 1926 г., като набелязва плана си за работа по усвояване на космоса, ученият подчертава, че трябва да се върви от известното към неизвестното, от иглата към шевната машина. На границата между XIX и XX Циолковски се отнася към самолета с предубеждение. Но тази предубеденост го кара да изследва проблема за създаване на аероплана обстойно и всестранно. Преди всичко той много пъти подчертава значението на аеродинамичните форми като твърди, че на машината трябва да се дава колкото се може по-остра и плавна форма (като на рибите и птиците) и не трябва да се снабдяват с крила с много големи размери, за да не се увеличава прекалено триенето и съпротивлението на средата. На него не му допада аеродинамичния вид на конструкциите на Максим и Лилиентал. Отхвърля мачтите и летящите етажерки, отхвърля металните въжета. Мачтите и обтяжките ще предизвикат голямо съпротивление. Свободно носещия се моноплан, за който ратува Циолковски, навлиза в практиката на самолетостроенето едва през двадесетте години на XX век. Самолетът, който Циолковски щрихира не е обикновено носещ се моноплан, а моноплан от типа „Чайка“. Тази схема е приложена на практика през 30-те години, десет години след появяването на първите свободно носещи се моноплани.

Той обмисля и излитането, и кацането. Предвижда „движещите се под тялото“ колела. Посочва, че излитането и кацането трябва да става срещу вятъра. Тогава Циолковски отново се връща към мисълта за автопилот. Но новият автопилот съвсем не е повторение на този, който той предлага за аеростата преди една година.  За регулатор на хоризонталостта при аероплана трябва да се използва бързо въртящ се диск, прикрепен към оси така, че плоскостта му да бъде винаги в едно и също положение независимо от въртенето и наклона на машината. При бързо и постоянно въртене на диска (жироскоп) неговата плоскост ще бъде непроменлива спрямо машината. Именно жироскопът е основата на съвременните автопилоти. Разбира се, с жироскопния автомат съвсем не се изчерпва новото, което работата на Циолковски за аероплана дала на читателите на списание „Наука и жизнь“ през 1894 г.  

Използвана литература

Арлазоров, М. Циолковски. – София: Наука и изкуство, 1968.

Tags: , ,