Космическая одиссея берёт своё начало с незапамятных времён. Попытки устремлений человека в небесную высь предпринимались ещё в глубокой древности. Об этом нам поведали мифы, легенды и сказания разных народов. Так, в старой монгольской сказке говорится о семерых монголах, которые, научившись летать, зажгли семь ярких звёзд Большой Медведицы. Согласно древним легендам, китайцы спустились на Землю с Луны, а основатель перуанской династии – с неба. Но скоро люди поняли, что небо с бегущими облаками и яркими звёздами очень высоко, и чтобы туда попасть, надо лететь. Древнегреческий миф гласит о крылатом коне Пегасе, а в арабских сказках существуют крылатые люди.
Вавилонское сказание повествует о бесстрашном юноше Этана, поднявшемся в небо на орле. Не оставались в стороне и писатели древности. Так, персидский поэт Фирдоуси (935-1020) описал облёт шахом Кей-Каусом неба, Солнца и Луны на троне, запряженном орлами. Итальянский поэт, драматург Людовик Ариосто (1474-1533) рассказал о путешествии на Луну своего героя по имени Астольф. Древнегреческий писатель Лукиан Самосский (около 125-192 гг. н. э.) поведал о полёте на корабле, унесённом ветром, древнеримский писатель Овидий (43 г. до н.э. — 17 или 18 г. н.э.) – об отважном Фаэтоне, путешествующем по небу на колеснице. Он же описал полёт Икара, стремящегося подняться к лучезарному солнцу на искусственных крыльях. Конечно, все это – плод воображения, фантазия, но люди старались реализовать свою мечту.
Так, в 875 году андалузец Бен-Фурнас сломал шею, пытаясь слететь с горы на самодельных крыльях. С искусственными крыльями за спиной в 1060 году с башни сорвался бенедиктинский монах Оливье Мемсбири, а в 1161 году – сардинец Эмануил Коленен. В ХVI веке на Руси безуспешно пытался взлететь на самодельных крыльях смерд Никитка, боярского сына Лупатого холоп.
Сменилось не одно поколение, прежде чем распространились научные знания, появились звёздные атласы и первые обсерватории. К Луне, самому близкому от Земли небесному телу, устремили свой взгляд романисты. Луна была настолько притягательной, идея странствовать во Вселенной – настолько заманчивой, а человек не уподобился даже птице. Не обидно ли это?
Самым первым научно-фантастическим произведением о неизменной спутнице Земли можно считать сочинение 1640 года англичанина Джона Уилкинса (1614-1672) «Беседы о новом мире и других планетах». Автор бесед предлагал лететь на крылатой колеснице. Девять лет спустя французский писатель Сирано-де-Бержерак (1619-1655) описал сразу несколько способов полёта к Луне. В частности, один из героев его произведения «Путешествие на Луну» добрался до неё с помощью наполненных дымом металлических шаров, герметично закрытых. Фантаст считал, что дым, не имея возможности вылететь, поднимется вверх и унесёт с собой путешественника. Способ странствовать по небу с помощью горячего дыма оказался пророческим. Но об этом чуть позже. Не известно, был ли знаком с сочинением Сирано-де-Бержерака итальянец Франческо де Лана (1631-1687), только в 1670 году он придумал воздушный корабль с герметично закрытыми металлическими шарами вместо парусов, из которых предполагалось откачать воздух.
Самое удивительное, что человек впервые поднялся в небо действительно на шаре. Согласно летописи, впервые это случилось в России, на Рязанщине, где в 1857 году родился великий русский учёный Константин Эдуардович Циолковский (1857-1935), автор оригинальных проектов воздухоплавательных и космических аппаратов. А тогда, в 1731 году, рязанский подъячий нерехтец Крякутной соорудил из холста шар, наполнил его дымом, прикрепил к нему верёвку и поднялся выше берез. О подобных опытах заговорили еще в 1610 году. И впервые заговорили в Западной Европе.
Наукой в то время было установлено существование газов. Но результаты первых опытов не вышли за пределы лаборатории. В 1765 году английский химик Генри Кавендиш (1731-1810) разложил воду на кислород и водород и, надувая водородом мыльные пузыри, доказал его легковесность. Затем к лабораторным исследованиям приступили шотландский физикохимик Джозеф Блэк (1728-1799) и итальянский физик Тибериус Кавелло (1749-1809). Но хороших результатов достиг лишь французский физик Жак Александр Цезарь Шарль (1746-1823), и уже в эпоху воздушных шаров.
По-настоящему мечте о полёте суждено было сбыться во Франции, на родине Сирано-де-Бержерака. В 1783 году братья Жозеф (1740-1810) и Этьен (1745-1792) Монгольфье придумали наполнить бумажный мешок дымом. Так родилась идея воздушного шара. Первые воздушные шары были из холста. Они наполнялись горячим воздухом: горячий воздух легче холодного, он всегда стремится вверх. Первыми пассажирами воздушного шара стали утка, петух и баран, первыми воздухоплавателями – французы Пилатр-де-Розье (1756-1785) и д’Арланд (1742-1809). Полёт, состоявшийся 5 июня 1783 года, стал событием века! Французский король Людовик ХVI (1774-1792), наблюдая за подъёмом воздушного шара с отважными первооткрывателями неба, воскликнул: «Так идут к звёздам!». И действительно, этот полёт можно считать отправным этапом космической одиссеи человечества: сначала человек поднялся в небо на воздушном шаре, потом – на дирижабле, затем – на аэроплане и, наконец, разорвав путы земного тяготения, отправился на ракете в космос. Но обо всем по порядку.
Французский исследователь Шарль предложил наполнять воздушные шары водородом. И началась эра воздухоплавания. Воздушные шары получили наименование аэростатов, а летавших на них смельчаков стали называть аэронавтами. Но скоро люди поняли, что аэростат – игрушка ветров, потому что управлять им в полёте невозможно. И тогда появились управляемые аэростаты – дирижабли. Впервые конструкцию дирижабля предложил французский военный инженер Жан-Батист Мари Шарль Менье (1754-1793). Было это в 1784 году, то есть в следующем году после того, как в небо поднялось изобретение братьев Монгольфье. Отличительные черты дирижабля: удлиненная форма оболочки, баллонет для её надежности и двигатель для обеспечения тяги. Но прошло почти семьдесят лет, прежде чем первый дирижабль поднялся в небо, и сто лет, прежде чем воздухоплавание получило широкое распространение.
Первый успешный полёт дирижабля состоялся во Франции в 1852 году. И осуществил его инженер Анри Жиффар (1825-1882). С этого времени человек настойчиво стал штурмовать небо. Выдающиеся конструкторы и отважные воздухоплаватели разных стран сегодня известны всему миру. Среди них Альберто Сантос-Дюмон (1873-1932), Гастон Тиссандье (1843-1899), Артур Кребс (1850-1935), Август фон Парсеваль (1861-1942), Фердинанд фон Цеппелин (1838-1917), Умберто Нобиле (1885-1978). Начало ХХ века ознаменовано облётом Эйфелевой башни, который совершил А. Сантос-Дюмон, доказав тем самым манёвренность управляемого аэростата. Восторженные парижане, наблюдавшие за полётом, подбрасывали вверх шапки. И уже через несколько лет начались трансатлантические перелёты на «цеппелинах», исследования Арктики У. Нобиле.
Вопрос покорения заатмосферных высот в эпоху воздухоплавания встал ещё острее. Неуемная фантазия продолжала будоражить умы. Особенно преуспели романисты. Так, в 1835 году о полёте при помощи аэростата на Луну рассказал американский писатель-фантаст Эдгар По (1809-1849). В его произведении под названием «Необыкновенное путешествие Ганса Пфаоля» описан шар, наполненный газом, который в четырнадцать раз легче воздуха. К шару крепилась герметичная кабина с отважным путешественником. Сможет ли и в самом деле аэростат улететь на Луну? Внутри аэростата находится легкий водород, который давит на его стенки изнутри. Но воздух тяжелее водорода, он давит на стенки аэростата с внешней стороны, причём, сильнее. И аэростат поднимается. В космосе воздуха нет. В безвоздушном пространстве водород разорвет оболочку. Нет, аэростат не сможет осуществить звёздную мечту человечества!
Тогда человек снова обратился к птице. Нельзя ли соорудить аппарат с крыльями? Ведь ещё гениальный Леонардо да Винчи (1452-1519), много изучавший предмет летания, придумал механическое приспособление наподобие крыльев. А российский капитан Огнеслав Костович (1851-1916) разработал проект управляемого аэростата с маховыми крыльями – воздушный корабль, напоминавший птицу, правда, его строительство в 1880 году не возымело успеха. В следующем году в России первый в мире полноразмерный аэроплан испытал Александр Фёдорович Можайский (1825-1890), однако успешной эту попытку назвать трудно: для полёта аэроплану не хватило мощности двигателя, требовалось откорректировать форму лопастей пропеллера и подработать форму крыла. И если бы отважному русскому изобретателю выделили средства для усовершенствования конструкции, аппарат непременно взлетел бы. И тогда первенство в завоевании неба принадлежало бы России, а не США! Увы, этого не случилось. В 1891 году немецкий инженер Отто Лилиенталь (1848-1896) приступил к испытаниям двадцатикилограммового планера, представлявшего собой искусственные крылья. Словно огромная птица, слетал Лилиенталь с высоких круч. Его эксперименты ярко освещались в российской печати. Знал о них и великий русский учёный Константин Эдуардович Циолковский (1857-1935). И не просто знал, а проанализировал недостатки конструкции, которые привели к гибели отважного воздухоплавателя в 1896 году. Ещё в 1894 году Циолковский разработал проект летательного аппарата с неподвижным крылом, который внешне напоминал застывшую в полёте птицу – чайку. Согласно техническим характеристикам «птицеподобной (авиационной) летательной машины», учёный на тридцать лет предвосхитил достижения авиаконструкторов: металлический обтекаемый корпус, двигатель внутреннего сгорания, выдвижное шасси, гироскоп, соосные винты. Но самое удивительное – крыло: свободнонесущее, трапециевидной формы, изогнутое, неподвижное. Аппарат был разработан учёным за девять лет до первого полёта в США братьев Райт. И хотя аэроплан талантливых изобретателей Уилбура (1867-1912) и Орвилла (1871-1948) напоминал лежащую на боку деревянную этажерку, он смог взлететь. Поэтому 1903 год смело можно назвать годом рождения авиации!
Шли годы. Совершенствовались авиационные двигатели, конструктивные узлы самолётов. Увеличились скорость, высота, дальность полёта. Авиация развивалась. От перелёта французского авиатора Луи Блерио (1872-1936) через Ла-Манш в 1909 году человечество шагнуло к межконтинентальным полётам. Красивая мечта о завоевании неба обрела реальность, и человек стал делать первые шаги к покорению космоса, благо астрономические знания были широко распространены. С трудами в области астрономии можно было познакомиться на страницах научно-популярных изданий. Так, во Франции очень интересно о небесной механике писали Камилл Фламмарион (1842-1925) и Доминик Франсуа Араго (1786-1853). Их статьями Циолковский зачитывался еще в пору юности. Хотя задачи преодоления воздушного пространства и пространства космического («пустоты») – разные, писатели-фантасты стремились слить их воедино. Появились произведения, связанные с полётами к звёздам при помощи крыльев. Итак, в космос – на крыльях!
Удивительно, но ещё в 1649 году, задолго до изобретения самолёта, все тот же Сирано-де-Бержерак в сочинении «Путешествие на Луну» в числе прочих способов достижения естественного спутника Земли указал принцип аэроплана с пружинным мотором. В русской литературе самым первым о полёте на Луну в 1780-е годы рассказал писатель Василий Алексеевич Левшин (1746-1826). Герой его повести отправился в путешествие на машине с машущими крыльями, причем, во сне. Один из героев фантастики Михаила Дмитриевича Чулкова (1743-1793) совершил путешествие на Луну на сказочной птице Рок, и тоже во сне. Спустя сто лет учитель математики Боровского уездного училища Циолковский примется за написание научно-фантастической повести «На Луне». Необычные приключения с его героями тоже произойдут во сне. В 1928 году на русский язык было переведено сочинение немецкого писателя Фрица Пфердменгеса (1883-1968) «Путешествие на мировой птице». Под птицей автор подразумевал крылатую машину, способную обеспечить путешественников во время полёта кислородом и теплом. И полёт на этой машине тоже оказался сном.
Между тем, в 1920-е годы страсти вокруг предмета, при помощи которого можно было бы улететь в мировое пространство, разгораются. Просторы фантазии безграничны. Причём, фантастические произведения полны присущих тому времени изобретений и технических открытий. Так, американец Джон Джейкоб Астор (1864-1912) отправил своих героев на звёздном корабле, используя электрическую силу отталкивания. Известный английский писатель Герберт Джордж Уэллс (1895-1946) придумал кейворит – вещество, не подверженное тяготению. Иван Александрович Гончаров (1812-1891) сообщил о межпланетной психомашине. Предлагали лететь с помощью давления света, используя огромное зеркало, с помощью магнита и антигравитационного материала, способного заслонить путешественника от тяготения. Конечно, многое из произведений той поры сегодня кажется нелепым. Но не надо забывать, что книги волновали современников, звали вперёд, заставляли думать, вычислять, экспериментировать, строить. Человек пришел к выводу, что проблема путешествия к другим мирам может быть решена лишь с помощью техники.
Преодолеть путы земного тяготения можно, лишь развив огромную скорость. Для этого аппарат должен лететь в десять раз быстрее пули. При скорости 8 км/сек. он преодолеет силу земной тяжести и станет искусственным спутником Земли. При скорости 11 км/сек. корабль выйдет на орбиту вокруг Солнца. При скорости 16 км/сек. – улетит к другим мирам.
Один французский инженер придумал особую машину. Представьте себе колесо высотой с десятиэтажный дом. На ободе его укреплена кабина. Если колесо раскрутить, а потом резко остановить – кабина улетит в межпланетное пространство. Но при подсчете оказалось, что самое крепкое колесо не выдержит чудовищного напряжения. В 1873 году, в возрасте шестнадцати лет, подобную машину придумал Циолковский. Но, произведя расчет, понял, что это заблуждение, как и другая его идея – поезд по экватору, приемлемый лишь для малого небесного тела. А как насчет пушки, подобной той, которую описал французский писатель-фантаст Жюль Верн (1828-1905)? Да, надо обладать гениальным умом, чтобы в смертоносном орудии усмотреть средство вознестись живым в небо! Кто не путешествовал с его героями на Луну внутри снаряда, выстреливаемого из огромной пушки? Эту остроумную идею писатель высказал в 1865 году в произведении «Из пушки на Луну». Устами своего героя он описал корабль–снаряд высотой с трехэтажный дом. Внутри – кабина. С собой берутся запасы пищи, воды, воздуха. Корабль помещён в дуло пушки. Стоит ей выстрелить, и корабль улетит в космос.
Можно ли надеяться, что артиллерия осуществит смелый замысел Жюля Верна? Циолковский рассчитал: нет. И вот почему. Газы, образующиеся при взрыве орудийного заряда, могут сообщить выталкиваемому снаряду скорость не больше той, какой они обладают сами. Как только скорость снаряда будет равно скорости молекул газов, они перестанут толкать снаряд. Нарастание скорости прекратится. Какая участь ожидает людей при полёте? Самый опасный момент для путешественников – это те сотые доли секунды, в течение которых снаряд движется в стволе пушки. Скорость движения пассажиров на этом участке будет катастрофично возрастать. В момент выстрела нижняя часть кабины ударит пассажиров с такой силой, с какой снаряд обрушился бы в находящееся перед ним тело. Сильным приливом крови к голове здесь не отделаешься. Бессильны будут и пружинные буфера, и двойное дно с водой. Нет ли средства избегнуть нарастания скорости? Возможно, достаточно увеличить ствол пушки? К примеру, взять пушку со стволом длиной в 300 км. Но подобное сооружение лежит за пределами технических достижений. Физика указывает на другое средство ослабить силу удара: самую хрупкую вещь можно уберечь, погрузив в жидкость равного удельного веса. А что, если наполнить кабину солёной водой средней плотности тела человека и погрузить в неё пассажиров в водолазных костюмах с запасом кислорода? Циолковский рассуждал: в данном случае и эта мысль ошибочна, защита не будет надежной. Отправиться в небесное путешествие без малейшей надежды вернуться не только живым, но и мёртвым? Это слишком.
Возможно, оригинальная идея достижения Луны была подсказана французскому писателю немецким писателем Рудольфом Эрихом Распэ (1736-1794), который за восемьдесят лет до Жюля Верна рассказал о полёте барона Мюнхаузена на Луну на пушечном ядре. Но обратимся к истории. В 1740 году, за сорок шесть лет до выхода в свет произведения Распэ, по приказу короля Франции Людовика ХV (1715-1774) в небо было выпущено огромное ядро из специально отлитой пушки с целью наблюдения его в телескопы Большого меридианного зала Парижской обсерватории. И только два года спустя немецкий математик Ганс Гартенштейн доказал, что ядро, выпущенное из пушки, не может стать искусственным спутником Земли.
Перейдем снова к пушке. Если бы пушка висела в воздухе, после выстрела она устремилась бы назад со скоростью, которая во столько раз меньше скорости снаряда, во сколько раз он сам меньше пушки. Мы противопоставили силы удара и противоудара, отдачи и противоотдачи. Не на этом ли основан реактивный принцип движения?
Итак, после ряда разочарований мы, наконец, подходим к единственному действительно осуществимому способу межпланетных путешествий. Ничто не может быть проще той мысли, которая положена в основу проекта двигаться в пустоте, перемещаясь одними лишь внутренними силами. Не звучит ли это так, как поднятие самого себя за волосы по примеру барона Мюнхаузена? Это сходство – чисто внешнее. Природа давно уже осуществила такой способ перемещения: набирая воду в жаберную полость, каракатица выбрасывает её через особую воронку. И тем самым перемещается: вода устремляется вперёд, а тело каракатицы получает обратный толчок. Подобным образом перемещаются медузы и другие обитатели вод. Однако нигде интересующий нас способ перемещения не проявляется так наглядно, как при полёте ракеты: газы вырываются из сопла ракеты и отталкивают её от себя. Вообразите ракету с десятки метров длиною. Снабдите её топливом. И цепи земного тяготения будут разорваны! К идее космической ракеты Циолковский пришёл в 1896 году, после ряда лет упорных поисков, а до этого смотрел на неё как на игрушку, потеху.
История ракеты очень древняя. Ещё две тысячи лет назад Герон Александрийский описал изобретение, демонстрирующее реактивный принцип, – так называемый «шар Герона». А в Х веке воины восточных стран использовали реактивные стрелы для поджога укреплений противника. В Китае такое оружие называли «хо-цзянь» – «огненная стрела», в Италии – «ракетто», что значит «стержень», «веретено». Термин, впервые употребленный итальянским историком Муратори в 1379 году, получил самое широкое распространение. Первая ракета представляла собой обычную стрелу, к которой крепилась бамбуковая трубка, начинённая порохом. До ХIХ века в Европе использовались лишь фейерверочные ракеты. Во второй половине ХIХ века человек понял, что ракета – это двигатель, и появились проекты реактивных летательных аппаратов, предназначенных для полёта в атмосфере. Один из таких проектов, предложенный в 1896 году инженером Александром Петровичем Фёдоровым (1872 – после 1910) под названием «Новый принцип воздухоплавания, исключающий атмосферу как опорную среду», навёл Циолковского на мысль о том, что в качестве транспортного средства для полёта в космос может использоваться ракета. Подтвердив свою догадку математически, учёный вывел формулу движения космической ракеты, которая сегодня признана как «формула Циолковского», и принялся за разработку проекта.
Примечательно, что к концу ХIХ века мысль о способе достижения заатмосферных высот всё настойчивее овладевала человеком. Если сочинения Жюля Верна звали в космос за романтикой, экзотикой, то писатель Владимир Федорович Одоевский (1803-1869), философ Николай Фёдорович Фёдоров (1829-1903) выдвигали идеи расселения как панацею от перенаселения, концепцию воскресения. О сверхмощной цивилизации будущего в космическом пространстве писал Циолковский. Это космические поселения в виде колец Сатурна с городами-миллионниками, крупным промышленным производством, замкнутой экологической системой, искусственным чередованием дня и ночи, времен года, расселением человечества по лицу Вселенной, демонтаж Земли с угасанием Солнца, переселение к другим солнцам. Ракету учёный рассматривал как средство достижения человеком тех несметных богатств и благ, которые сокрыты в космосе.
В 1903 году, когда в Германии только-только зарекомендовали себя воздушные гиганты «цеппелины», когда в США впервые поднялся в воздух аэроплан братьев Райт, в России был опубликован основополагающий труд Циолковского «Исследование мировых пространств реактивными приборами»: учёный представил проект космической ракеты. В космос – на ракете!
Как не странно, но о полёте с помощью ракет писали и раньше. Так, из ХV века до нас дошло предание о полёте китайского изобретателя Ван-Гу на связке из сорока семи пороховых ракет. Сорок семь слуг одновременно подожгли все ракеты «хо-цзянь», но отважный путешественник не взлетел, а взорвался. Неизвестно, знал ли об этой легенде Сирано-де-Бержерак. Только в 1649 году в одном из своих сочинений он описал конструкцию летательного аппарата с пороховыми ракетами, расположенными связками по шесть штук. При поджоге ракеты возгорались не все сразу, а связками, и аппарат не взорвался. В который раз Сирано-де-Бержерак поражает нас своей проницательностью! Хотя по истечении времени идея ракетного полёта высказывалась и другими, но более примитивно. Так, в 1711 году немецкий писатель Титетутефноф описал полёт на пороховой ракете-стреле. Разве можно сравнить конструкцию этой ракеты с той, которую предложил для полёта в космос Циолковский?
Прежде всего, Циолковский пришёл к выводу, что порох для космической ракеты не годится. Пороховая ракета не сможет развить нужной скорости! Необходимо топливо более калорийное. И учёный предложил жидкое топливо – смесь кислорода и водорода (окислителя и горючего), компоненты которого подаются мощными компрессорами. Вот как Константин Эдуардович пишет о работе двигателя: «Водород и кислород, смешиваясь в узкой части постепенно расширяющейся трубы, соединяются химически и образуют водяной пар при весьма высокой температуре. Он имеет огромную упругость и вырывается из широкого отверстия трубы… Направление давление пара и направление полёта снаряда прямо противоположны». Температура внутри двигателя может достигать 3500-4000ᵒ С. Чтобы двигатель не прогорел, Циолковский разработал систему его охлаждения: путём прогона через двойные стенки двигателя одного из компонентов топлива. Кабину Циолковский предложил оснастить системой терморегулирования на основе солнечной энергетики, шлюзовой камерой, пультом управления, в качестве управления – графитовые рули, повороты сопла, автопилот. Путешественники будут обеспечены пищей, водой, кислородом. Для защиты организма человека от агрессивной среды космоса – скафандры. С перегрузками помогут справиться противоперегрузочные ванны с жидкостью, плотность которой равна средней плотности тела человека.
А полетит ли такая ракета в космос? Она действительно сможет прорвать путы земного тяготения? «Сможет!», – заявил на весь мир Циолковский, теоретически обосновав возможность применения реактивных аппаратов для межпланетных сообщений своей формулой. И получил мировое признание основоположника теоретической космонавтики.
Прошло 120 лет. И мы по-настоящему горды тем, что идея применения ракеты для решения научных проблем, использования реактивных двигателей для создания движения грандиозных межпланетных кораблей целиком принадлежит нашему соотечественнику Циолковскому. Циолковский, который владел самым простым транспортным средством – велосипедом, стал родоначальником транспортного средства для полета в космос, по сути – современных жидкостных ракет дальнего действия. Не удивительно ли это? Крутя педали своего двухколесного «коня», ученый не переставал думать о миллионах лошадиных сил, которые поднимут человека в космос. Многие оригинальные выводы ученого, практические предложения и рекомендации нашли воплощение в современной космонавтике. И в очертании ракетно-космических систем, созданных ведущими космическими державами, легко прослеживаются конструктивные идеи Циолковского. Своими трудами К.Э. Циолковский предвосхитил начало Космической эры, предугадал основные вехи на пути человечества в космос, обозначил шаги космической цивилизации будущего.
Е.В. Архипцева,
заведующая научно-методическим отделом музея
