Богатство научно-технической мысли К.Э. Циолковского

Статья написана в 2007 г. к 150-летнему юбилею К.Э. Циолковского.

Техника в представлениях К.Э. Циолковского являлась прежде всего средством общественного развития, культурной составляющей цивилизации. Она должна была освободить человека от тяжелого механического труда, связать народы земного шара в единую дружную семью, предоставить в распоряжение общества ресурсы космического пространства. Склонный к социалистическим идеалам ученый представлял себе материальное благосостояние человечества как совокупный общественный продукт, не имеющий ограничений. Конечной целью являлось создание материально-технической базы общества общепланетарного и космического диапазона.

Как крупнейший изобретатель в области техники Циолковский написал около 160 законченных статей и монографий. Из них 32 работы посвящены ракетодинамике и космонавтике, 55 – воздухоплаванию, 6 авиации, 7 аэродинамике, 16 вопросам технического прогресса и техники будущего, 7 двигателям, турбинам, различным типам моторов и силовых установок, 4 статьи посвящены наземному и подводному транспорту. 18 статей ученый посвятил вопросам энергетики. Вот лишь некоторые из заглавных работ: «Исследование мировых пространств реактивными приборами» (1903, 1911-1912, 1914, 1926), «Космические ракетные поезда» (1929), «Новый аэроплан» (1929), «Реактивный аэроплан» (1930), «Стратоплан полуреактивный» (1932), «Звездолет» (1932), «Снаряды, приобретающие космические скорости на суше или воде» (1933), «Аэростат металлический управляемый» (1892), «Аэроплан или птицеподобная (авиационная) летательная машина» (1894).

Кроме того, по отдельным техническим темам были написаны заметки, наброски, подготовительные материалы к статьям и планы статей, предисловия к работам, отчет в Российскую Академию наук о проведении опытов по аэродинамике; поданы прошения о выдаче патентов на изобретения. Ученый делал расчеты, рисунки, схематические чертежи, составлял таблицы и технические задания.

Обосновывая свои собственные изобретения, Циолковский ставил перед человечеством целый комплекс технических задач. Это и создание скоростного наземного транспорта, и освоение атмосферы с помощью надежных воздухоплавательных и авиационных аппаратов, и достижение космических скоростей для выхода в межпланетное пространство. Сюда примыкают и проблемы обеспечения жизнедеятельности человечества, функционирования промышленности и транспорта в космических просторах. Это и выход на новый энергетический уровень с помощью применения лучистой энергии Солнца, энергии ветра, водопадов и морских волн. Средствами для этого должны были стать скорый поезд на воздушной подушке и системы наземно-космических поездов; цельнометаллический дирижабль и поезда дирижаблей; ряд аэродинамических летательных аппаратов – цельнометаллический самолет классического типа, реактивные и полуреактивные стратосферные самолеты, многофюзеляжный самолет-крыло большой грузоподъемности, гидроплан-крыло; пассажирские и грузовые ракетно-космические комплексы, эфирные поселения в межпланетном пространстве; солнечные моторы и нагреватели, ветряные и волновые энергетические установки и многое другое.

Ученый обычно отдавал предпочтение вариантам большой грузоподъемности, имеющим межконтинентальное, всепланетное или космическое значение. Транспорт, осуществляющий связи «планета – околоземное пространство» также с необходимостью будет массовым, так как выход в космос является не экспериментальной научной, а чисто практической задачей расселения за пределами Земли. Массовое перемещение на космические орбиты потребует ракет–гигантов и массовых стартов. Законы небесной механики таковы, что в мире не может быть неподвижных материальных объектов. Как естественная среда обитания цивилизаций – планеты, так и искусственные эфирные города в конечном счете представляют собой системы космического транспорта. Разница заключается лишь в том, что транспорт– планета управляется законами природы, и цивилизация на ней путешествует пассивно по одному и тому же заданному пути. Эфирный город, космическая ракета или система ракетных поездов создается не только ради жизни в новой среде обитания, но и произвольного размещения и путешествия в пространстве. При этом на смену ракетно–космическим и авиационно–космическим системам могут прийти геокосмические поезда, приобретающие скорость не за счет реактивных двигателей, а за счет силы инерции и центробежного движения. При отсутствии земной атмосферы они могли бы, двигаясь по поверхности земли по рельсам на воздушной или водной подушке, достигать первой, второй, третьей космической скорости, «стартуя» непосредственно с поверхности земного шара.

«При первой скорости бесколесные экипажи и другие снаряды теряли тяжесть и носились кругом Земли, как луны, не испытывая трения. Как небесные тела, они могли носиться вечно, не опасаясь упасть на Землю. <> При скорости в 11 километров они совсем уходили от земного шара и совершали путь по годовой земной орбите. При скорости до 17 километров они могли путешествовать по всей планетной системе, посещая самые отдаленные ее уголки или самые удаленные ее планеты. При секундной скорости свыше 17 километров они могли уже путешествовать по всему Млечному Пути. Небо было вполне открыто для человека…».

Технические труды Циолковского обрисовывают контуры новой архитектуры, транспорта, связи, сельскохозяйственных и промышленных комплексов, систем глобальных водно-сухопутных сооружений на Земле, космических транспортных, промышленных и жилищных комплексов. Иными словами, техносфера в представлении Циолковского является совокупностью промышленной, жилищной, транспортной, энергетической, коммуникационной сред, призванных обеспечить эффективное использование всех материальных ресурсов, доступных человечеству — пространства, тепловой энергии, полезных ископаемых, плодородных земель, а также неограниченное расширение среды обитания.

Картинами глобальных преобразований наполнены страницы статей «Будущее Земли и человека. Научный и технический прогресс будущего» (1915), «Живая Вселенная» (1918), «Ступени человечества и преобразование Земли» (1920), «Будущее Земли» (1927), «Будущее Земли и человечества» (1928). Энергоресурсы человечества резко возрастут за счет использования энергии приливов и отливов, морских волн, ветров, водопадов, создания установок по типу «вечного двигателя», использующих постоянную разницу температур между нижними теплыми и верхними холодными слоями атмосферы, но прежде всего за счет солнечной энергетики.

Погоня за светом и пространством — лейтмотив выхода в космические просторы. «Материальное преимущество звездоплавания не в завоевании планет, а в использовании солнечной энергии» — утверждал ученый в 1932 г. Даровая энергия солнца не используется человечеством в промышленных целях на земле, а ведь сама планета получает естественным путем лишь одну двухмиллиардную долю лучистой энергии светила. Часть ее поглощается атмосферой, которая, по выражению ученого, грабит нас.

По его расчетам, на один квадратный метр поверхности земли приходится 2-3 лошадиных силы, эквивалент физической работы десятков человек, не используемой нами. Никакой иной вид даровой энергии — ветра, водопадов, приливов и отливов — не является столь безграничным. Циолковский указывал и на то, что использование сконцентрированной солнечной энергии в запасах угля и нефти далеко не является наилучшим решением энергетической проблемы. «Пока главное значение для людей имеет только потенциальная энергия каменного угля и нефти. Но и та совершенно ничтожна по отношению к солнечной, непрерывно истекающей из Солнца. Только неумение пользоваться солнечной энергией делает временно значимой энергию ископаемых углей». Применению солнечной энергии на Земле посвящены статьи «Солнце и завоевание пустынь» (1933), «Освоение жарких пустынь» (1934), «Простой солнечный нагреватель и его применение к двигателю, кухне и другим целям» (1924), «Вода в сухих и безоблачных пустынях» (1933).

В космическом пространстве солнечная энергетика обретает новое качество, солнечный ветер применяют и в качестве регулятора положения космического жилища в пространстве, и в качестве движителя самого жилища, то есть для непосредственного перемещения любых масс на любые расстояния. Системы зеркал, начало которым было положено на земле, создают спектр температур, необходимых для всех сфер производства – от температуры абсолютного нуля для замораживания и хранения газов в твердом виде до температуры в 5 – 6 тысяч градусов для плавки металлов и создания неограниченных запасов энергии. Однотипные солнечные энергоустановки эволюционируют от наземных систем зеркал на крышах домов в пустынных местностях до зеркал космических. Космические установки отличаются размерами, малым удельным весом, хрупкостью, так как в невесомости не нужны массивные постройки, экономией материала, долговечностью. Поперечник зеркала может быть в тысячу метров, а при отсутствии атмосферы хромированное или никелированное зеркало не портится. Солнечная энергия отапливает жилые помещения и оранжереи, дезинфицирует жилье, стерилизует почву, сжигает вредителей и семена сорных растений, сваривает металлы.

Должна быть снята проблема невозобновляемых и ограниченных ресурсов, как энергетических, так и минеральных, за счет использования материалов планет и астероидов Солнечной системы; пищевых – за счет создания необходимого количества искусственных оранжерей. Внедряются новые технологии производства, применимые к условиям невесомости, вакуума, жесткого космического излучения и высоких перепадов температур. Физика планеты требует одних транспортных средств, физика космоса – других. Факторами, определяющими лицо транспорта на земле, являются трение, наличие твердых и жидких поверхностей, водная и воздушная среда, атмосферное давление, параметры климата. Факторами, определяющими технические характеристики космического транспорта, будут вакуум, невесомость, регулируемая искусственная гравитация, новые масштабы перемещения.

Реализуется рационалистический принцип минимума энергетических затрат на производство необходимых действий при максимальном экономическом, техническом, энергетическом эффекте. Это становится возможным за счет законов небесной механики. Энергетические затраты на перемещение любых масс в свободном пространстве настолько меньше, чем при старте с поверхности массивных планет, что ими практически можно пренебречь. Любым массам и системам масс (человек, техническое сооружение, крупный эфирный город, система городов любой конфигурации) обеспечено произвольное практически даровое перемещение. В пустоте один раз обретенная скорость сохраняется навсегда, минимальный реактивный толчок дает начало равномерному движению объекта, и далее движение осуществляется по инерции.

В качестве примера масштабов подобных сооружений приведем идею сферы промышленно-жилищного комплекса с Солнцем в центре с радиусом в 150 миллионов километров. Радиус этого сооружения равен среднему расстоянию от Солнца до Земли, оно располагается перпендикулярно к плоскости эклиптики с целью максимальной освещенности. Сооружения, сопоставимые по размерам с природными телами Солнечной системы или многократно превосходящие их, возможно, потребуют меньших энергетических затрат на сооружение и размещение, чем промышленные и бытовые сооружения на Земле. Аннулируются не только расходы на перемещение громадных масс, но и тяжелый физический труд человека.

Размеры строительных сооружений задают не крепость и массивность материалов, а творческая фантазия, рациональность, производственная необходимость. Сооружения могут не иметь ограничений в размерах и формах конструкций, могут создаваться из легких, хрупких материалов. Архитектура невесомости, масштабы искусственных сооружений не имеют ни пространственных, ни технологических ограничений. Нет фундаментов, несущих конструкций, перекрытий, рассчитанных на сопротивление больших масс, нет верха и низа. Из технического обихода исчезают массивные подъемные механизмы, лестницы, фундаменты, леса, блоки, домкраты и любые конструкции, предотвращающие падение. Массивные тела никуда не падают в невесомости. Условия труда и средства безопасности меняют свой облик. Мастера при производстве работ занимают произвольное, удобное для них положение, улучшается доступ к предметам труда. На смену подъемным механизмам приходят удерживающие, фиксирующие приспособления – хваталки, держалки, крючки, тиски. Техника безопасности заключается, например, не в том, чтобы не упасть с большой высоты строящегося здания, а в том, чтобы не улететь безвозвратно в космическое пространство при неловком движении или толчке.
В то же время культурный ряд когда-то изобретенных человеком многочисленных предметов (одежда и обувь, матрацы, перины, тюфяки, подушки, мягкая мебель) начинает атрофироваться, исчезать на новом витке становления человеческой культуры быта – быта космического. Все, что предназначено для ослабления действия тяжести на человеческий организм, для сохранения тепла, для обеспечения жизни в различных климатических зонах – должно исчезнуть. Двоякая роль вещей – утилитарная и символическая – трансформируется самым существенным образом. Утилитарное значение бытовых вещей утрачивается за ненадобностью; символика — модное, дорогое, уникальное — не запрещается, но утрачивается с исчезновением потребностей в специальных символах.

Техника выступает и способом достижения свободы. Важнейшей характеристикой физики космоса является невесомость. Ученый писал: «…моей любимой мечтой, в самом раннем детстве, еще до книг, было смутное сознание о среде без тяжести, где движения во все стороны совершенно свободны и где лучше, чем птице в воздухе». Циолковский отмечал, что хотел предоставить человечеству третье измерение. Освобождение от цепей тяготения, расселение в мире невесомости, свободное перемещение как минимум в пределах Солнечной системы – в этом заключается достоинство истинного гражданина Вселенной.

Неоценимый вклад К.Э. Циолковский внес в формирование образа транспорта будущего. Им предложены идеи, схемы и теоретические обоснования транспорта наземного, наземно-космического, ракетно-космического, воздушного, авиационного, аэрокосмического, водного и подводного. Казалось бы, что может быть общего между глубоководной океанской батисферой, скоростным поездом, дирижаблем-гигантом, системой космических поездов? Практически все без исключения проекты ученого объединены общей идеей, тенденцией к глобализму и универсализму. Каждый конкретный проект стремится как-бы перерасти сам себя, подняться над теми техническими параметрами, которые должны быть присущи именно этому транспорту. Наземный поезд может стать космическим, дирижабль – вырасти в поезд дирижаблей, динамический эфирный город – стать ожерельем подвижных городов, мигрирующим в пределах Солнечной системы.

Перед нами описание бесколесного поезда на воздушной подушке, двигающегося над бетонным полотном со стальными закраинами. Начав с выгод нового конструктивного решения, определив сверхдавление воздуха, нагнетаемого под днище легкого пассажирского вагона, ученый немедленно переходит к его максимальным возможностям. А они, в свою очередь, заставляют пересмотреть всю инфраструктуру железнодорожного транспорта планеты.

«Не нужно, конечно, колес и смазки. Тяга поддерживается задним давлением вырывающегося из отверстия вагона воздуха. Работа накачивания тут также довольно умеренна (если вагон имеет хорошую, легко обтекаемую форму птицы или рыбы). Является возможность получать огромные скорости.

Вследствие этого поезд по инерции, т.е. с разбега, одолевает все наклоны и взбирается на все горы без всякого усилия тяги.

Благодаря этому можно мечтать, что со временем он будет перескакивать через все реки, пропасти и горы любых размеров. Не нужно будет мостов, тоннелей и больших земляных и горных работ. Затруднение – в посадке поездов после прыжка.

Неудобство больших скоростей – в невозможности частых остановок. Чем больше скорость, тем меньше станций и тем больше расстояние между ними.

Торможение состоит в ослаблении или уничтожении прибавочного воздушного давления под вагоном. Такое торможение легко только при обыкновенных скоростях вагонов. Остановку экономнее делать на вершине скатов или холмов. Тут останавливает тяжесть, и вагон совершает полезную работу подъема. При больших скоростях поезд быстро мчится сам собою даже без всякого участия тяги, перескакивает через рвы, озера, болота и возвышенности».

Богатый арсенал геокосмического транспорта отразил значимость проблемы выхода за пределы планеты, богатство конструкторской мысли Циолковского, огромное внимание к вопросу – более чем в 70 работах ученый затронул эту тему, работал над ней с 1879 по 1935 гг. Совокупность этих средств подразделяется на ракетные и неракетные. Первая более многочисленна: одноступенчатые бескрылые ракеты с жидкостным, атомным и электрическим двигателем и различными вариантами стартовых систем; двухступенчатые ракеты и ракетные космические поезда; авиационно-ракетные и авиационно-космические системы – воздушно-космический буксир и эскадра ракетопланов. Ко второй группе относятся космическая газовая пушка, многоярусный многоцелевой поезд.

Космический транспорт, представляя собой единственное практически осуществимое средство достижения космоса, является порождением планеты с ее природными ресурсами – жидкостным и атомным топливом, уровнем промышленного производства и материаловедения. Однако отчасти геокосмический транспорт преобразуется в космический или является универсальным. Многоэтажные поезда, имеющие масштабы всепланетного транспорта, с тем же успехом могут применяться в качестве средства связи эфирных поселений. Крылатые ракетно-авиационные системы могут служить универсальным средством связи между космическими поселениями и любыми планетами. В повести «Грезы о Земле и небе», описывая планетку-астероид и окружающие ее кольца космических поселений, ученый рассказал о транспортной системе подобного рода. Ее основу составляет подобие самодвижущегося по поверхности земли тротуара, впоследствии неоднократно описанного писателями-фантастами. Однако многоярусная система устроена так, что наземный тротуар плавно переходит в средство достижения космических орбит.

В космических просторах предпочтение отдано идее эфирного города, одновременно представляющего собой космический транспорт. Он воплощает в себе идеал планеты–жилища, которая не передвигается пассивно по законам небесной механики, но путешествует по воле человека. Собственно космическим является транспорт с солнечным парусом, двигающийся давлением солнечных лучей. Так сосуществуют системы геокосмического, космического и универсального транспорта.

Немало внимания уделено энергетике. Циолковский писал: «Привлечены будут в огромных размерах на пользу человека силы природы: водопады, разность температур в земле, воде и атмосфере, океанические приливы и отливы, теплота и химическая энергия солнечных лучей, разность электрических потенциалов, то есть неодинаковое напряжение электричества в разных местах Земли, внутренняя теплота земного шара».

Ученый задумывался над контурами энергетических установок для использования энергии атмосферы, ветра, водопадов, волн, лучистой энергии Солнца. В совокупности выдвинутые им схемы представляют собой целый арсенал средств для практически полной утилизации кинетической энергии земного шара. Их применение бытовое и промышленное, масштабы локальные и глобальные.

Максимальный эффект солнечные машины принесут в пустоте космического пространства, где атмосфера не препятствует получению сверхвысоких и сверхнизких температур. Однако на поверхности земного шара их также необходимо внедрить, и не только в жарких безоблачных пустынях, но и во всех широтах, где бывает хотя бы минимальное количество солнечных дней. Ученый указал более десятка применений простейших солнечных нагревателей-охладителей, установленных на крышах зданий. Это суточное и сезонное регулирование температуры жилищ; устройство солнечных лечебниц, бань и прачечных; содержание оранжерей; дезинфекция помещений и почвы; получение горячего пара для бытовых и технических целей; перегонка жидкостей; превращение солнечной энергии в электрическую; получение воды из атмосферы для орошения, бытовых и технических целей, и многое другое.
Идея подвижных жалюзи в виде ряда прямоугольных поверхностей, изменяющих свое положение относительно солнца, а также системы параболических и цилиндрических зеркал из никелированного или хромированного железа с расположенными в их фокусе нагревательными котлами выступает в качестве универсальной. Она выполняет свои функции на земле и в космосе, в жилищном массиве и на заводе. Разные варианты отражательных поверхностей с черным, прозрачным или зеркальным покрытиями производят максимальные или минимальные температуры, запасают тепло на ночь или на зиму, ожижают атмосферную влагу, отражают или поглощают солнечное тепло.

Серия статей ученого посвящена прогнозам применения подобных систем: «Солнце и завоевание пустынь», «Освоение жарких пустынь», «Простой солнечный нагреватель», «Охлаждение воздуха жилых помещений», «Вода в сухих и безоблачных пустынях». И снова проходит идея глобализации: только массовое применение унифицированных систем даст кардинальный эффект, например, изменение климата пустыни.

«Немногие жилища, конечно, климата пустыни не изменят. Но представьте себе, что вся пустыня покрыта зеркалами, отражающими солнечные лучи. Тогда температура страны так понизится, что польются необычные для пустыни дожди. Воспользовавшись ими для орошения растений, устраняем зеркала. Засияет солнце, растения получат необходимую для них энергию. Вызывая так с помощью зеркал, когда нужно, ливни, мы получим наилучшие урожаи».

Интегральная роль техники особенно ярко проявляется в коммуникационных системах. Разработав основы «общечеловеческой азбуки» — универсальной алфавитной системы, Циолковский предложил и конструкцию пишущей машины, в которой она могла бы быть применена. Как овеществленный символ общего мирового языка она должна была быть построена на синтезе элементов наиболее распространенных языков народов мира. Новая система азбуки, практически созданная им, и удобная конструкция пишущей машины с легкими клавишами по существу стали единым гуманитарно-техническим комплексом. Ученый предложил достаточно простую и эффективную систему повсеместного внедрения всемирного языка, видя в нем необходимое средство для развития взаимопонимания народов мира.

Все принципы организации техники в космической философии Циолковского направлены на обеспечение всеобщего блага: однородность размещения, соразмерность масштабов техносферы масштабам самого общества, демократическая однородность универсальных образцов.

Таким образом, Циолковский предполагал такой индустриально-технологический сдвиг, при котором революционная и революционизирующая роль техники базируется исключительно на фундаменте социальных преобразований. Только «счастливое общественное устройство, подсказанное гениями, заставит технику и науку идти вперед с невообразимой быстротою…».

Библиография

1. Циолковский К.Э. Избранные труды. – М.: Издательство АН ССР, 1962. – 533 с.
2. Циолковский К.Э. Собрание сочинений. Том четвертый. Естествознание и техника. – М.: Издательство «Наука», 1964. – 460 с.
3. Циолковский К.Э. Промышленное освоение космоса. – М.: Машиностроение, 1989. – С. 278.
4. Циолковский К.Э. Монизм вселенной. – Калуга: Издание автора, 1931 г. – С. 84.
5. Циолковский К.Э. Миражи будущего общественного устройства. – М.: Самообразование, 2006. – 352 с.
6. Желнина Т.Н. Развитие идеи геокосмического транспорта в трудах К.Э. Циолковского //Труды XXIV-XXV Чтений, посвященных разработке научного наследия и развитию идей К.Э. Циолковского (Калуга, 1989, 1990). Секция «Исследование научного творчества К.Э. Циолковского и история авиации и космонавтики». Научное наследие К.Э. Циолковского и история авиации и космонавтики. – М.: ИИЕТ АН СССР, 1991. – С. 170 – 202.
7. Алексеева В.И. К.Э. Циолковский: философия космизма. – М.: Самообразование, 2007. – 318 с.