Ціолковський Костянтин Едуардович

Народився 5 (17) вересня 1857 року у селі Іжевське під Рязанню. Предки Ціолковського — вихідці з Волині, далекі родичі гетьмана Северина Наливайка, чим вчений пишався. Його батько, Едуард Ігнатійович Ціолковський (1820–1881), був польським дворянином середнього статку, а мати, Марія Іванівна Юмашева, була за походженням татаркою^{[джерело?]}. Будучи освіченою жінкою, з дітьми звичайно займалася вона. Саме мати навчила Костянтина читати й писати, познайомила з початками арифметики.

У віці дев'яти років Ціолковський занедужав на скарлатину. У результаті ускладнення хвороби він частково втратив слух. Наступило те, що згодом він назвав «найсмутнішим, найтемнішим часом [свого] життя». Приглухуватість позбавила хлопчика багатьох дитячих забав і вражень, звичних для його здорових однолітків.

У 1869 році він вступив до гімназії. Великими успіхами майбутній учений не відзначався. Предметів було багато, і напівглухому хлопчикові вчитися було нелегко. А от за витівки він неодноразово потрапляв у карцер. У 1870 році, коли Ціолковському було 13 років, померла його мати. Позбавлений підтримки, хлопчик вчився усе гірше. У 1871 році — відрахування з гімназії з характеристикою «… для надходження в технічне училище». Отже Ціолковський провчився в гімназії всього чотири роки, два з яких він пробув в одному класі. Більше Ціолковський ніде не навчався.

Але саме в цей час Ціолковський знайшов своє щире покликання й місце в житті. Він займався освітою самостійно. У цей же час Ціолковський прилучився до технічної й наукової творчості. Він самостійно виготовив астролябію (перша виміряна нею відстань — до пожежної каланчі), домашній токарський верстат, саморушні коляски й локомотиви.

Здібності сина стали очевидними для його батька, і він вирішив послати хлопчика в столицю. Костянтин сам знайшов собі квартиру й, живучи буквально на хлібі й воді (батько надсилав по десять-п'ятнадцять рублів на місяць), завзято вчився. Щоденно з десяти ранку й до трьох-чотирьох дня пополудні він вивчав наукову літературу в бібліотеці. За перший рік життя в Москві він пройшов фізику і засади математики. На другому році вивчив диференціальне й інтегральне числення, вищу алгебру, аналітичну й сферичну геометрію.

Однак життя в Москві було досить дорогим, Ціолковський, незважаючи на всі зусилля, не зміг забезпечити себе достатніми засобами, тому в 1876 році батько відкликав його у В'ятку. Костянтин став приватним репетитором і заробляв самостійно, а у вільний час продовжуючи займатися в міській публічній бібліотеці.

У 1880 році Ціолковський здав іспити на вчительське звання й переїхав у Боровськ, розташований за 100 кілометрів від Москви, по призначенню Міністерства освіти на свою першу державну посаду. Там же він одружився з Варварою Євграфівною Соколовою. Молода пара почала жити окремо, й молодий учений продовжив фізичні досліди і технічну творчість. Перебуваючи вдалині від основних наукових центрів Росії, Ціолковський, залишаючись глухим, вирішив самостійно проводити дослідницькі роботи в галузі, що його цікавила, — аеродинаміці. Він почав з того, що розробив основи кінетичної теорії газів і відіслав свої розрахунки до Російського фізико-хімічного товариства в Петербурзі й незабаром одержав відповідь від Менделєєва: «кінетична теорія газів уже відкрита… 25 років тому».

Але Ціолковський пережив цю звістку, що стала для нього як ученого ударом, і продовжив дослідження. Тим не менш у Петербурзі зацікавилися обдарованим і неординарним учителем з В'ятки й запросили його ввійти до складу вищезгаданого товариства.

У 1892 році Ціолковський був переведений учителем у Калугу. Там він також не забував про науку, астронавтику й аеронавтику. У Калузі Ціолковський побудував спеціальний тунель, що дозволив би вимірювати різні аеродинамічні характеристики літальних апаратів. Оскільки Фізико-хімічна спілка не виділила ні копійки на його експерименти, ученому довелося використати сімейні кошти для проведення досліджень. До речі, Ціолковський на свої кошти побудував більш, ніж 100 експериментальних моделей і обстежив їх, що було на той час дуже дорогим. Через якийсь час спілка все-таки звернула увагу на калузького генія й виділила йому фінансову підтримку — 470 рублів, на які Ціолковський побудував новий, удосконалений тунель. У ході аеродинамічних експериментів Ціолковський усе більше став звертати увагу на космічні проблеми.

У 1895 році була опублікована його книга «Грезы о земле и небе (Мрії про землю й небо)», а через рік вийшла стаття про інші світи, розумних істот з інших планет і про спілкування землян з ними. У тому ж 1896 році Ціолковський приступив до написання своєї головної праці «Исследование космического пространства с помощью реактивного двигателя (Дослідження космічного простору за допомогою реактивного двигуна)». У цій книзі були порушені проблеми використання ракетних двигунів у космосі — навігаційні механізми, поставка й транспортування палива та інше.

Перші п'ятнадцять років XX століття були найважчими в житті вченого. У 1902 році його син Ігнатій покінчив життя самогубством. У 1908 році під час розливу Оки будинок Ціолковського затопило, багато машин, експонати були виведені з ладу, а численні унікальні розрахунки загублені. У Фізико-хімічній спілці не оцінили значимості й революційності представлених ним моделей. При радянській владі умови життя й роботи Ціолковського радикально змінилися. Йому було призначено персональну пенсію й забезпечено можливість плідної діяльності. Розробки Ціолковського зацікавили нову владу і йому було організовано значну матеріальну підтримку. У 1918 році Ціолковського було обрано до Соціалістичної академії суспільних наук (в 1923 році перейменована в комуністичну академію, а в 1936 її основні інститути були передані Академії наук СРСР), а 9 листопада 1921 року ученому було призначено довічну пенсію за заслуги перед вітчизняною й світовою наукою. Цю пенсію виплачували до 19 вересня 1935 — у той день Костянтин Едуардович Ціолковський, помер у Калузі — місті, що стало йому рідним.

В своїй автобіографічній статті «Риси з мого життя»[5] Костянтин Едуардович стверджує наступне: «Наче у батька був родинний зв'язок з відомим Наливайко, і рід батька навіть носив раніше це прізвище. За сімейними переказами пращуром роду Ціолковських був відомий бунтар Наливайко. Ось що про нього сказано в енциклопедичному словнику Брокгауза і Єфрона. Наливайко був козацьким ватажком кінця XVI століття, борець проти польської аристократії, уродженець міста Острога.»

Перші наукові дослідження Ціолковського відносяться до 1880–1881 років. Не знаючи про вже зроблені відкриття, він написав роботу «Теория газов (Теорія газів)», у якій виклав основи кінетичної теорії газів. Друга його робота — «Механика животного организма (Механіка тваринного організму)» одержала схвальний відгук І. М. Сєченова, і Ціолковського було прийнято у Російську фізико-хімічну спілку. Основні роботи Ціолковського після 1884 року були пов'язані із чотирма значними проблемами: науковим обґрунтуванням суцільно-металевого аеростата дирижабля, обтічного аероплана, поїзда на повітряній подушці й ракети для міжпланетних подорожей. Після знайомства з Миколою Жуковським, що був учнем Столєтова, Ціолковський став займатися механікою керованого польоту, у результаті чого ним був спроектований керований аеростат (слово «дирижабль» тоді ще не придумали). Ціолковський першим запропонував ідею суцільнометалевого дирижабля й побудував його працюючу модель, створив прилад для автоматичного керування польотом дирижабля й схему регулювання його підіймальної сили.

Першою друкованою працею про дирижаблі був «Аэростат металлический управляемый (Аеростат металевий керований)» (1892 рік), де дано наукове й технічне обґрунтування конструкції дирижабля з металевою оболонкою. Прогресивний для свого часу проект дирижабля Ціолковського не був підтриманий; авторові було відмовлено в субсидії на конструювання моделі. Звернення Ціолковського в Генеральний штаб російської армії також не мало успіху.

У 1892 році він звернувся до нової й мало вивченої області літальних апаратів, важчих за повітря. Ціолковському належить ідея конструкції аероплана з металевим каркасом. У статті «Аэроплан или Птицеподобная (авиационная) летательная машина (Аероплан або Птахоподібна (авіаційна) літальна машина)» (1894 рік) дані опис й креслення моноплана, який за своїм зовнішнім виглядом й аеродинамічним компонуванням передбачав конструкції літаків, що з'явилися через 15-18 років. В аероплані Ціолковського крила мають товстий профіль із заокругленим переднім краєм, а фюзеляж — обтічну форму. Але робота над аеропланом, так само як і над дирижаблем, не одержала визнання в офіційних представників російської науки. На подальші розробки Ціолковський не мав ні коштів, ні навіть моральної підтримки. Через багато років, уже в радянський час, в 1932, він розробив теорію польоту реактивних літаків у стратосфері й схеми пристроїв літаків для польоту з гіперзвуковими швидкостями. Ціолковський побудував у 1897 році першу в Росії аеродинамічну трубу з відкритою робочою частиною, розробив методику експерименту в ній і в 1900 році на субсидію Академії наук зробив продувки найпростіших моделей і визначив коефіцієнт опору кулі, плоскої пластинки, циліндра, конуса й інших тіл.

З 1896 року Ціолковський систематично займався теорією руху реактивних апаратів. Думки про використання ракетного принципу в космосі висловлювалися Ціолковським ще в 1883, однак строга теорія реактивного руху викладена ним в 1896. Ціолковський вивів формулу (вона одержала назву «формула Ціолковського»), що встановила співвідношення між:

• швидкістю ракети в будь-який момент,
• швидкістю витікання газів із сопла,
• масою ракети,
• масою підривних речовин.

Креслення першого космічного корабля Ціолковського (з рукопису «Вільний простір», 1883).

Закінчивши математичні записи, Ціолковський машинально поставив дату: 10 травня 1897 року, сам того не відаючи, закріпив свою першість у питаннях наукового освоєння космосу. У 1903 році він опублікував книгу «Исследования мировых пространств реактивными приборами (Дослідження світових просторів реактивними приладами)», де вперше довів, що єдиним апаратом, здатним здійснити космічний політ, є ракета. У цій статті і її продовженнях, що послідували в (1911 і 1914 роки), він заклав основи теорії ракет і рідинного ракетного двигуна. У цій піонерській праці Ціолковський:

• повністю довів неможливість виходу в космос на аеростаті або за допомогою артилерійської гармати;
• вивів залежність між вагою палива й вагою конструкцій ракети для подолання сили земного тяжіння;
• висловив ідею бортової системи орієнтації за Сонцем або іншими небесними світилами;
• проаналізував поводження ракети поза атмосферою, у середовищі, вільному від тяжіння;
• вирішив питання посадки космічного апарата на поверхню планет, позбавлених атмосфери.

Результат першої публікації виявився зовсім не тим, якого очікував Ціолковський. Ні співвітчизники, ні закордонні вчені не оцінили дослідження, яким сьогодні пишається наука. Воно просто на епоху обігнало свій час. У 1911 році опубліковано другу частину праці «Исследование мировых пространств реактивными приборами (Дослідження світових просторів реактивними приладами)». Ціолковський обчислює роботу з подолання сили земного тяжіння, визначає швидкість, необхідну для виходу апарата в Сонячну систему («друга космічна швидкість») і час польоту. Цього разу стаття Ціолковського наробила багато шуму в науковому світі. У вченого з'явилося багато друзів у світі науки.

У 1926–1929 роках Ціолковський вирішив практичне питання: скільки потрібно взяти палива у ракету, щоб досягти швидкості відриву й покинути Землю. З'ясувалося, що кінцева швидкість ракети залежить від швидкості газів, що виходять із неї, і від того, у скільки разів маса палива перевищує масу порожньої ракети. Розрахунок показав: для того, щоб ракета з людьми розвинула швидкість, необхідну для відриву й вирушила в міжпланетний політ, потрібно взяти палива в сто разів більше, ніж важить корпус ракети, двигун, механізми, прилади й пасажири, разом узяті. А це знову створило дуже серйозні перешкоди. Учений знайшов оригінальний вихід — багатоступінчастий міжпланетний корабель. Він складається з багатьох ракет, з'єднаних між собою. У передній ракеті, крім палива, перебувають пасажири й спорядження. Ракети працюють по черзі, розганяючи весь потяг. Коли паливо в одній ракеті вигорить, вона скидається, при цьому віддаляються спустошені баки й весь потяг стає легшим. Потім починає працювати друга ракета і т. д. Передня ракета, як по естафеті, одержує швидкість, набрану всіма попередніми ракетами. У ці ж роки він оцінив вплив опору атмосфери на політ ракети й додаткові витрати палива при цьому.

Його дослідження вперше показали можливість досягнення космічних швидкостей, довівши ймовірність міжпланетних польотів. Він першим вивчив питання про ракету — штучний супутник Землі й висловив ідею створення навколоземних станцій як штучних поселень, що використають енергію Сонця, і проміжних баз для міжпланетних сполучень; розглянув медико-біологічні проблеми, що виникають при тривалих космічних польотах.

Ціолковський висунув ряд ідей, що знайшли застосування в ракетобудуванні. Ним запропоновані:

• газові керма (із графіту) для керування польотом ракети й зміни траєкторії руху її центра мас;
• використання компонентів пального для охолодження зовнішньої оболонки космічного апарату (під час входу в атмосферу Землі), стінок камери згоряння й сопла;
• насосна система подачі компонентів пального;
• оптимальні траєкторії спуску космічного апарату при поверненні з космосу й ін.

В області ракетного пального Ціолковський досліджував багато різних окислювачів і паливних матеріалів; рекомендував паливні пари: рідкий кисень із воднем, кисень із вуглеводнями. Він багато й плідно працював над створенням теорії польоту реактивних літаків, винайшов свою схему газотурбінного двигуна; в 1927 опублікував теорію й схему поїзда на повітряній подушці. Він першим запропонував «корпуси, що висуваються знизу шасі». Космічні польоти й дирижаблебудування були головними проблемами, яким він присвятив своє життя. Але говорити про Ціолковського тільки як про батька космонавтики — значить збіднити його внесок у сучасну науку й техніку. Ціолковський обстоював ідею розмаїтості форм життя у Всесвіті, став першим ідеологом і теоретиком освоєння людиною космічного простору, кінцева мета якого уявлялася йому у вигляді повної перебудови біохімічної природи породжених Землею мислячих істот.