Циолковский с семьей между тем переселился в Калугу, губернский город на холмистой Среднерусской возвышенности, холодный, как и полагается городу, удаленному от моря, где ученый прожил с 1892 года до самой смерти. Здесь он написал свои первые научные труды о космических полетах и проблемах, связанных с нахождением человека в космосе. Дал свои расчеты, объяснения, оценки и смелые предложения. Например, по ракетному топливу, для которого он рекомендовал использовать жидкий водород с кислородом, что приближало научную фантастику к практически осуществимой задаче. Он начал также интересоваться философией – признак зрелости, позволивший ему пересмотреть свои взгляды, которых он придерживался начиная с московского периода своей жизни, относительно отказа от абстрактных построений в пользу практической деятельности.
Наступил 1903 год, annus mirabilis[61] для полета человека в синее небо и темные глубины космоса. 17 декабря на песчаных дюнах в Килл-Девил-Хилс в Северной Каролине Орвилл Райт (1871–1948) сумел оторваться от земли на своем «Флайере-1», первом самолете, построенном совместно с братом Уилбером. Впервые смог взлететь моторизованный аппарат, который был тяжелее воздуха. Этот полет – всего 36 метров за 12 секунд, близко к земле, на смешной этажерке с хвостом вместо носа, управляемой велосипедным механиком, лежащим на крыле – ознаменовал рождение эры авиации. Призрачная мечта, к которой так долго и так трудно шло человечество, наконец-то сбылась; не пройдет и десяти лет и она станет кровавой реальностью в небе Первой мировой, а затем главным транспортным средством, соединяющим самые отдаленные уголки планеты.
В том же году Константин Циолковский опубликовал свой важнейший научный труд, озаглавленный «Исследование мировых пространств реактивными приборами»[62]. По мнению историков космонавтики, эта работа ознаменовала переход от фантазий к серьезным исследованиям космоса. Годом раньше в семье Циолковских произошла трагедия: устав от хронической бедности, покончил с собой старший сын, девятнадцатилетний Игнатий.
Россия, отстающая в своем капиталистическом развитии, в это время переживала глубокий кризис. По всей стране вспыхивали очаги недовольства. Рабочие и крестьяне требовали социальных изменений. Рабочие на фабриках начали создавать Советы, первые рабочие комитеты самоуправления. Городская буржуазия, либералы, военные были недовольны унизительным поражением страны в недавней войне с Японией. Достаточно было одной искры, которая и вспыхнула в январе 1905 года в Санкт-Петербурге во время мирной демонстрации рабочих, предвещая Октябрьскую революцию 1917 года.
Гениальный самоучка, преподаватель математики, изобретатель, мечтатель и автор научно-фантастических рассказов, Константин Эдуардович Циолковский сегодня считается отцом теоретической космонавтики и ракетостроения в России. Оригинальный слуховой аппарат напоминает о том, что в возрасте десяти лет Константин практически оглох, переболев скарлатиной
Однако в 1903 году, когда Райт совершил первый полет, а Циолковский опубликовал свой труд, до первой русской революции было еще далеко[63]. Удивительное совпадение: одновременно произошли два события, объединенные одной мечтой, той самой, из-за которой погиб Икар, и это совпадение стало отправной точкой для обеих стран – участниц космической гонки. Однако на этом сходство заканчивается. Действительно, для полета самолетам нужен воздух, он служит движущей и подъемной силой. Ракеты же должны летать и в безвоздушном пространстве, и здесь можно провести ряд аналогий, но отличий куда больше.
Наблюдая за птицами, которые парят и кружат в воздухе, иногда даже не взмахивая крыльями, люди поняли, как можно «плавать» в воздухе, несмотря на вес. Решение основано на принципах, разработанных швейцарским математиком и физиком Даниилом Бернулли в восемнадцатом веке[64]. Нужно смоделировать два крыла таким образом, чтобы обтекающий их воздушный поток проходил путь различной длины по двум граням: более длинный и, следовательно, более быстрый – по верхней выпуклой стороне по сравнению с нижней плоской частью. Этот простой геометрический и динамический прием создает подъемную силу, которая противодействует гравитационному притяжению и может удерживать тело тяжелее воздуха{14}, если скорость и плотность потока достаточно высоки (относительно массы, которую нужно поднять).
Чтобы привести в движение аэроплан – условие, необходимое для полета, хотя и недостаточное, надо завести в воздухе пропеллер или заправить атмосферным кислородом реактивный двигатель, где используется тот же физический принцип, что и в ракетных двигателях. Последние, будь то баллистические ракеты или ракеты-носители космических аппаратов, должны летать в верхних слоях атмосферы, где воздух очень разрежен или полностью отсутствует. Это влияет как на аэродинамическую подъемную силу, так и на особую необходимость в окислителе в качестве дополнительного компонента топлива{15}[65]. Проблема сложная, но разрешимая.
61
Annus mirabilis (лат.) – «год чудес»; выражение, применяемое к календарным годам, отмеченным необычными, важными, выдающимися событиями. –
62
Под названием «Исследование мировых пространств реактивными приборами» К.Э. Циолковский, как известно, опубликовал в 1903, 1911–1912 и 1914 гг. три работы. Первая часть была напечатана в 1903 году в малоизвестном специальном журнале «Научное обозрение». Майский номер журнала со статьей Циолковского оказался последним, т. к. издатель М.М. Филиппов вскоре погиб при загадочных обстоятельствах. Все его бумаги были немедленно арестованы полицией, в том числе и экземпляры майского номера, а также рукопись со второй частью, которую планировалось опубликовать в следующем номере. Циолковский чудом добыл себе один экземпляр. Поэтому в публикации 1911/12 годов в журнале «Вестник воздухоплавания» помещено подробное резюме первой части. Именно с этого времени основополагающий труд К.Э. Циолковского получил известность. В 1914 году вышло дополнение к первым частям, а в 1926 году – полное переиздание.
63
Первой русской революцией называют революцию 1905 года. А она была совсем близко. Автор, по-видимому, имеет в виду революции 1917 года.
64
Член Петербургской академии наук. Работал в Петербурге с 1725 по 1733 гг. Написал труд по гидродинамике, в котором, в частности, сформулировал закон, описывающий зависимость скорости потока идеальной жидкости от давления, известный сегодня как закон Бернулли. В те времена аэродинамика как наука еще не существовала, а когда уже много после Бернулли появилась авиация, оказалось, что закон Бернулли приложим и к воздухоплаванию. Если рассматривать воздушный поток как несжимаемую жидкость, то этот закон справедлив и для него. С его помощью смогли понять, как возникает подъемная сила, удерживающая в полете аппарат тяжелее воздуха. Это важнейший законом аэродинамики, с помощью которого делают расчеты сил, действующих на летательный аппарат. Автор сделал переход от Бернулли прямо к аэродинамике, не упомянув гидродинамику.
65
Ракетные двигатели начинают работать в плотных слоях атмосферы Земли, кислород которой является окислителем, поддерживающим горение топлива в двигателях. Но ракета быстро выходит в высотные разреженные слои атмосферы, поэтому необходим окислитель в качестве дополнительного компонента топлива.