На рубеже веков вопросами реактивного движения занимались и многие европейские и американские исследователи. Однако первый теоретический труд в этой области – статья Циолковского «Исследования мировых пространств реактивными приборами» – вышел в России в 1903 г. В своей работе автор впервые доказал, что ракета является тем единственным аппаратом, который способен совершить полет в космос; рассмотрел схемы ракет дальнего действия и ракет для межпланетных путешествий. Можно сказать, что именно этой статьей был дан старт и самой космонавтике.
Публикация явно опередила время и осталась незамеченной. Через 10 лет сочинение повторно вышло в журнале «Вестник воздухоплавания», но к этому времени за рубежом многие исследователи предложили свои варианты реактивных звездолетов и заявили о своем приоритете. Тем не менее благодаря первой публикации первенство осталось за русским ученым.
К 1914 г. Циолковский подробно разработал теорию полета жидкотопливной ракеты переменной массы в атмосфере и в космическом пространстве, а также решил задачу посадки звездолета на поверхность планет, лишенных атмосферы («Дополнение к “Исследованию мировых пространств реактивными приборами”»).
Несмотря на то что космические идеи Циолковского подхватили некоторые ученые и популяризаторы науки (А.Г. Столетов, Н.Е. Жуковский, В.В. Рюмин, Я.И. Перельман, Н.А. Рынин и др.), труды ученого были оценены только после Октябрьской революции. В 1921 г. ему была назначена персональная пенсия, которая спасла Константина Эдуардовича от голодной смерти и дала ему возможность продолжить свои труды.
Когда ученому было уже за семьдесят, он разработал теорию движения составных многоступенчатых ракет, ставшую базовой основой космонавтики; предложил идею ракеты – искусственного спутника Земли; описал условия жизнедеятельности экипажа звездолета; предложил внеземные космические станции в качестве промежуточных баз для космического корабля; рассчитал оптимальную высоту для полета вокруг Земли – 300–700 км; предложил свою формулу (названную его именем), ставшую главной формулой космонавтики. Согласно ей «конечная скорость ракеты прямо пропорциональна скорости истечения газа и натуральному логарифму отношения начальной массы ракеты к массе ракеты после израсходования топлива» («Космические ракетные поезда», 1929).
Практически все идеи исследователя подтвердились практикой современной космонавтики и нашли воплощение во многих космических проектах. Кроме реализованных у Циолковского было много оригинальных идей, не нашедших своего воплощения. Например, ученый предлагал производить дозаправку ракет во время полета от ракет-спонсоров. Из 32 стартующих ракет 16, выработав половину топлива, отдавали вторую половину остальным 16, а далее – 8 половину топлива отдавали 8, 4–4 ракетам и т. д., пока не останется одна ракета.
Априори заняв место одного из самых величайших ученых современности, Циолковский скромно признавался: «Все, что я пишу, конечно, навеяно чтением книг и работами других авторов… Что это так, видно из того, что я готов отречься от приоритета всего, что сообщаю».
Уже в старости почти не слышащий ничего Циолковский написал работу «Пение и музыка», увлекся музыкой духового оркестра в загородном саду, особенно Бетховеном. Великие находят друг друга даже через века. По своим творениям.
РАКЕТНОЕ ДЕЛО ЦАНДЕРА
Инженер-технолог, конструктор, пропагандист ракетной техники, изобретатель; преподаватель Московского авиационного института; сотрудник авиационного завода «Мотор», ЦКБ Авиационного треста, Центрального института авиационного моторостроения; основатель группы изучения реактивного движения (ГИРД), руководитель бригады реактивных двигателей московской ГИРД; создатель первого в мире Общества изучения межпланетных сообщений; научный редактор трудов К.Э. Циолковского, Фридрих Артурович Цандер (1887–1933) является одним из основоположников ракетной техники и космонавтики, создателем первого реактивного двигателя ОР-2 для жидкостной ракеты ГИРД-Х.
Ф.А. Цандер жил мечтой – слетать на Марс. Полету на Марс посвятил ученый свои исследования проблем межпланетных сообщений, ради Марса создал первый жидкостный реактивный двигатель (ЖРД), который унес ракету в небо. Конструктор, увы, не увидел этот полет. Фридрих Артурович умер на 46-м году в Кисловодске за несколько месяцев до старта ГИРД-Х. Изношенный непосильным трудом организм не справился с брюшным тифом. В Кисловодске ученый и похоронен. В Комсомольском парке города-курорта в 1974 г. открыт Дом-музей его имени. Там же разбита аллея, на которой наши космонавты высаживали серебристые ели. Космонавтикой Цандер занялся в юности, в 1907 г. Уже через два года он впервые высказал мысль об использовании отработавших частей ракеты в качестве топлива. Одной этой идеи хватило бы, чтобы вписать имя Цандера золотыми буквами в историю космонавтики, но не будем торопиться – у инженера была масса замыслов. Заметим, что практически все его концепции используются и сегодня. Часть работ ученого до сих пор не расшифрована (расшифровкой занимались 20 специалистов), так как он вел записи по модифицированной системе немецкой стенографии Габельсбергера.
Ф.А. Цандер (стоит слева) с сослуживцами и единомышленниками
Не привязываясь к годам зарождения идей и к прижизненным публикациям («Перелеты на другие планеты» и «Проблемы полета при помощи реактивных аппаратов»), распишем цандеровский маршрут Земля – космос – Земля, как он его видел сам. Все свои замыслы расчетчик подкрепил соответствующими аэродинамическими, небесномеханическими, экономическими, химическими, электротехническими выкладками. Точность и универсальность этих расчетов позволила сказать К.Э. Циолковскому и С.П. Королеву, что Цандеру «принадлежит ряд теоретических трудов, дающих единственные в мире расчеты в области ракетного дела».
Итак, взлет с Земли. Цандер предложил осуществлять горизонтальный взлет, как экономически более выгодный. На этот вариант сегодня переходят во всем мире.
Ученый рассчитал: время старта; подъем и спуск аппарата; размеры коридора входа в атмосферу; тепловую защиту; оптимальные траектории полета в зависимости от применяемых двигателей; подъемную силу для транспортировки груза; запас кислорода на борту для обеспечения жизнедеятельности одного космонавта; противометеоритную защиту; условия для выращивания в космической оранжерее съедобных растений; параметры очистки внутрикабинной атмосферы…
Идея Цандера о тросе для соединения Земли с Луной в 1960-х гг. породила т. н. «космический лифт» и множество разработок космических тросов и буксиров.
Ученый выполнил расчеты эффективности реактивных двигателей различных схем (воздушно-реактивных – ВРД, ЖРД, комбинированных – весьма перспективных). Предложил также вариант запуска ракеты с большого аэроплана или спутника (прообраз МКС «Мир»).
Согласно Цандеру, до высоты 25 км космический корабль поднимается как аэроплан (винтовой либо реактивный), после чего включается ракетный двигатель.
В камеру сгорания идут крылья, двигатель, пропеллеры. Алюминий расплавляется в котле и вместе с водородом и кислородом представляет «прекрасный горючий материал», который поднимает корабль до высоты 85 км. Эта идея сегодня отчасти реализована на твердотопливных ракетах, но за нею будущее. Как вариант рассматривалась идея отбрасывания отработавших ступеней корабля.
Далее полет совершает «ракета с небольшими крыльями и рулями, а также кабина для людей». Как видим, это наш «Буран» и американский «Space Shuttle».
Полет ракеты управляемый – за счет использования гравитационных и электромагнитных полей самой Земли, Луны, Солнца и планет. Эта идея получила в космонавтике название гравитационного, или пертурбационного, маневра и уже была реализована при полете американской станции «Mariner-10», обогнувшей Венеру, чтобы приобрести ускорение и достигнуть Меркурия, и станции «Voyager-2», предпринявшей этот маневр у Юпитера, Сатурна и Урана. (О Цандере при этом не вспоминали.)
Для дальних космических перелетов Цандер предложил использовать давление солнечного света (солнечные паруса); в этом случае корабль может обойтись вовсе без двигателя и топлива. Ученые NASA (США) разработали проекты подобных космических парусников, а в Японии в 2010 г. был запущен космический аппарат IKAROS с солнечным парусом – тончайшей мембраной размером 14×14 м.
Для спуска на планету инженер предложил идею планирующего спуска космического аппарата с торможением в атмосфере при помощи обратной отдачи ракетного мотора и посадки при помощи маленького двигателя.
А еще Цандер создал пакетную схему ракет (отчасти реализованную в ракете-носителе «Восток») и нашел энергетически оптимальные траектории перелета к другим планетам – их успешно позаимствовали и назвали траекториями Гомана и модифицированными траекториями Крокко.
