Відкриття ціолковського коротко. Ким був Ціолковський Костянтин Едуардович насправді? Дирижабль, він же металевий аеростат

17 вересня 1857 року народився Костянтин Едуардович Ціолковський, російський та радянський винахідник, вчений-самоучка, основоположник теоретичної космонавтики. Будучи з дитинства практично повністю глухим, учений не міг здобути загальної освіти в гімназії та університеті. Але його пристрасть до винахідництва зробила з нього вченого зі світовим ім'ям. Сьогодні ми розповімо вам про п'ять геніальних винаходів Костянтина Ціолковського.

Дирижабль, він же металевий аеростат

Перше з винаходів Ціолковського, що набуло масового поширення. Вже 1890 року вчений підготував документ для патентування «Про можливість побудови металевого аеростату». Головним досягненням був факт відсутності вибухонебезпечного водню в куполі — дирижабль був сповнений гарячого повітря.

Аероплан. Від ненависті до кохання

В 1894 виходить публікація роботи «Аероплан, або Птахоподібна (авіаційна) літальна машина». У задуманій спочатку для критичного дослідження аеростатів статті Ціолковський дійшов зовсім інших висновків і набагато випередив свій час. Саме в цій роботі були висловлені ідеї моноплану, автопілота та застосування гіроскопів в авіації.

Винахід ракети

В 1903 йому вдалося опублікувати роботу під назвою «Дослідження світових просторів реактивними приладами», де він повністю довів неможливість виходу в космос на аеростаті або за допомогою артилерійської зброї; вивів залежність між вагою палива та вагою конструкцій ракети для подолання сили земного тяжіння. Також він висловив ідею бортової системи орієнтації по Сонцю чи іншим небесним світилам і проаналізував поведінку ракети поза атмосферою, у середовищі, вільної від тяжіння.

Формула Ціолковського

Це основне рівняння руху ракети, що б її характеристичну швидкість; опублікована Ціолковським у 1903 році у роботі «Дослідження світових просторів реактивними приладами». За формулою Ціолковського визначається максимальна швидкість, яку може отримати одноступінчаста ракета в ідеальному випадку, коли її політ відбувається не тільки за межами атмосфери, але й за межами поля тяжіння Землі. Ціолковський вважає початкову швидкість ракети, що дорівнює нулю.

В якому порядку відбувається відкриття чи винахід

У відкритті нерідко бере участь кілька людей. Перш ніж одержати остаточну форму, воно живиться такими попередниками:
1. Фантазер, що збуджує думку та бажання здійснити її. Такі талановиті казкарі без
будь-якої освіти та з освітою.
2. Те саме, але з більш помірною фантазією. Приклади: Жуль Верн, Веллс, Едгар По, Фламмаріон.
3. Обдарований мислитель, незалежно від своєї освіти.
4. Ставач планів та малюнків.
5. Моделісти.
6. Перші невдалі виконавці.
7. Здійснення.

Іноді одна особа проходить кілька етапів і навіть – усі. Але таке явище не часто. Всі ці визначні люди не об'єднані ні часом, ні місцем. Для успішного ходу винаходів і відкриттів добре їх з'єднати для колективної роботи. Адже всі таланти, необхідні для відкриття, так рідко поєднуються в одній людині! Суспільство, що рухає вперед людство, має жити разом або часто збиратися для нарад.

Верхній етап, тобто етап фантазерів, вибирає зі свого середовища фантазії, які вони за своєю палкістю вважають найбільш ґрунтовними. Вони у формі доповіді вирушають до товариства другого розряду, що складаються з людей, які менш захоплюються. Вони обговорюють всі казки, що надійшли до них, і деякі з них, які здадуться їм найбільш здійсненними, відправляють на розгляд товариств третього розряду, де вже сидять люди, які знають. Вони обирають кілька найкращих проектів і відправляють їх на перегляд наступним товариствам, які мають різного роду фахівців, які вибирають придатне, на їхню думку, і складають точні розрахунки та креслення. Зрештою, те й інше переходить до талановитих виконавців, які успішно здійснюють частину цих проектів, інші ж вважають або нездійсненними, або відкладають їхнє виконання на майбутній час.

Як це здійснити насправді? Безпідставних винахідників та відкривачів найбільше. Нехай кожне невелике містечко вкаже на своїх визначних людей. Число їх буде пропорційне населенню, наприклад, на кожну його сотню чи тисячу обирають одну людину. Ці фантазери, між якими можуть бути і слушні люди, збираються в групи людей по сто, по тисячі. Вони живуть в особливих селах або палацах, як і інші, але кожна група живе в одному селі. Таких сіл чи містечок може бути безліч. Кожне з них відбирає зі свого середовища найталановитіших представників. Їх набагато менше, але вони також складуть багато містечок, розсіяних країною далеко один від одного.

Основні закони всіх груп такі:
1. Виборні половину свого часу проводять серед виборців (для випробування та перевірки), а половину - у співтоваристві собі подібних, тобто у своєму селищі, де збираються обрані певної категорії.
2. Виборного неспроможна вигнати суспільство рівних йому. Але його може не вибрати вдруге селище, куди він повернувся після закінчення терміну. Мета цього закону – перешкоджати виконанню прислів'я: «рука руку миє».
3. Жодна група неспроможна вибирати собі рівних чи виключати їх. Її право обирати найвищих для вищої наступної групи.

Загальна мета цих законів - виборне початок чи право мати своїх керівників на вибір, т. е. за бажанням. Адже і всякий талант чи сила набувають авторитету хоча б згодою небагатьох. Ще буде краще, якщо авторитет обиратиметься за загальним бажанням всього людства.

Архів РАН, ф. 555, оп.1, д. 521

Коротка біографія Ціолковського є яскравим прикладом його відданості своїй справі та завзятості у досягненні мети, незважаючи на важкі життєві обставини.

Майбутній учений народився 17 вересня 1857 року неподалік Рязані, в селі Іжевське. Батько, Едуард Ігнатович, працював лісником, а мама - Марія Іванівна, що походила з сім'ї дрібномаєтних селян, вела домашнє господарство. Через три роки після народження майбутнього вченого його сім'я через труднощі, що виникли на роботі, у батька переселилася в Рязань. Початковим навчанням Костянтина та його братів (читанням, листом та азами арифметики) займалася мама.

Молоді роки Ціолковського

1868 року родина переїхала до В'ятки, де Костянтин та його молодший брат Ігнатій стали учнями чоловічої гімназії. Навчання давалося важко, основною причиною цього була глухота – наслідок скарлатини, яку хлопчик переніс у 9-річному віці. Цього ж року у сім'ї Ціолковських трапилася велика втрата: помер усіма улюблений старший брат Костянтина – Дмитро. А за рік, несподівано для всіх, не стало й мами. Сімейна трагедія негативно позначилася на навчанні Кості, до того ж різко почала прогресувати його глухота, яка все більше ізолювала юнака від суспільства. 1873 року Ціолковського відрахували з гімназії. Більше він ніколи і ніде не вчився, вважаючи за краще своєю освітою займатися самостійно, адже книги щедро давали знання і ніколи ні в чому не дорікали. У цей час хлопець захопився науковою та технічною творчістю, навіть сконструював у себе вдома токарний верстат.

Костянтин Ціолковський: цікаві факти

У 16-річному віці Костянтин із легкої руки батька, який повірив у здібності свого сина, переїхав до Москви, де безуспішно намагався вступити до Вищого технічного училища. Невдача не зламала юнака, і він протягом трьох років самостійно вивчав такі науки, як астрономія, механіка, хімія, математика, спілкуючись із оточуючими за допомогою слухового апарату.

Молода людина щодня відвідувала Чортківську публічну бібліотеку; саме там відбулося його знайомство з Федоровим Миколою Федоровичем – одним із засновників російського космізму. Ця видатна людина замінила юнаку всіх учителів разом узятих. Життя в столиці для Ціолковського виявилося не по кишені, до того ж усі свої заощадження він витрачав на книги та прилади, тому 1876 року повернувся до В'ятки, де почав заробляти репетиторством та приватними уроками з фізики та математики. Після повернення додому у Ціолковського через напружену роботу і нелегкі умови сильно впав зір, і він став носити окуляри.

Учні до Ціолковського, який зарекомендував себе як висококласний вчитель, йшли з великим бажанням. Викладач під час уроків застосовував методи, розроблені ним самим, серед яких ключовим була наочна демонстрація. Для уроків геометрії Ціолковський майстрував із паперу моделі багатогранників, разом із учнями проводив досліди з фізики. Костянтин Едуардович заслужив на славу педагога, який пояснює матеріал зрозумілою, доступною мовою: на його заняттях завжди було цікаво. 1876 ​​року помер Ігнатій – брат Костянтина, що стало дуже великим ударом для вченого.

Особисте життя вченого

У 1878 році Костянтин Едуардович Ціолковський разом із сім'єю змінив місце проживання на Рязань. Там він успішно склав іспити на отримання диплома вчителя та влаштувався працювати до школи міста Боровська. У місцевому повітовому училищі, незважаючи на значне віддалення від основних наукових центрів, Ціолковський активно проводив дослідження в галузі аеродинаміки. Він створив основи кінетичної теорії газів, відправивши в Російське фізико-хімічне суспільство наявні дані, потім отримав від Менделєєва відповідь, що це відкриття було зроблено чверть століття тому.

Молодого вченого дуже вразила ця обставина; його талант взяли до уваги Петербурзі. Однією з основних проблем, які займали думки Ціолковського, була теорія аеростатів. Вчений розробив свій варіант конструкції цього літального апарату, що характеризується тонкою металевою оболонкою. Свої думки Ціолковський виклав у праці 1885-1886 років. «Теорія та досвід аеростату».

У 1880 році Ціолковський повінчався із Соколовою Варварою Євграфівною – дочкою господаря кімнати, в якій він проживав деякий час. Діти Ціолковського від цього шлюбу: сини Ігнатій, Іван, Олександр та дочка Софія. У січні 1881 року помер отець Костянтина.

Коротка біографія Ціолковського згадує такий страшний випадок у його житті, як пожежа 1887 року, яка знищила все: модулі, креслення, нажите майно. Вціліла лише швейна машинка. Ця подія стала важким ударом для Ціолковського.

Життя у Калузі: коротка біографія Ціолковського

1892 року він переїхав до Калуги. Там він також влаштувався працювати вчителем геометрії та арифметики, паралельно займаючись астронавтикою та аеронавтикою, спорудив тунель, у якому здійснював перевірку літальних апаратів. Саме у Калузі Ціолковський написав основні праці з космічної біології, теорії реактивного руху та медицини, паралельно продовжуючи займатися теорією металевого дирижабля. На свої гроші Ціолковський створив близько сотні різноманітних моделей літальних апаратів та протестував їх. Власних коштів на проведення досліджень Костянтину було недостатньо, тому він звернувся за фінансовою допомогою до Фізико-хімічного товариства, яке не вважало за потрібне матеріально підтримати вченого. Наступні звістки про успішні експерименти Ціолковського все ж спонукають Фізико-хімічне суспільство виділити йому 470 рублів, витрачених вченим на винахід удосконаленого аеродинамічного тунелю.

Дедалі більше уваги Костянтин Ціолковський приділяє вивченню космосу. 1895 ознаменувався виданням книги Ціолковського «Мрії про землю і небо», а через рік він почав роботу над новою книгою: «Дослідження космічного простору за допомогою реактивного двигуна», в якій основну увагу приділив ракетним двигунам, транспортуванню вантажу в космосі та особливостям палива.

Тяжке двадцяте століття

Початок нового, ХХ століття, був для Костянтина важким: на продовження важливих для науки досліджень грошей більше не виділялося, його син Ігнатій наклав на себе руки в 1902 році, через п'ять років при розливі річки сталося затоплення будинку вченого, було знищено безліч експонатів, конструкцій і унікальних розрахунків. Здавалося, проти Ціолковського було налаштовано всі стихії природи. До речі, 2001 року на російському кораблі «Костянтин Ціолковський» сталася сильна пожежа, яка знищила все всередині (як і 1887 року, коли згорів будинок вченого).

Останні роки життя

Коротка біографія Ціолковського описує, що трохи легше життя вченого стало з приходом Радянської влади. Російським товариством любителів світознавства йому було виділено пенсія, мало дала померти голодної смертю. Адже Соціалістична академія не прийняла вченого до своїх лав у 1919 році, залишивши тим самим його без засобів для існування. У листопаді 1919 року Костянтина Ціолковського було заарештовано, відвезено на Луб'янку і випущено через кілька тижнів завдяки клопотання якогось високопоставленого партійця. У 1923 році не стало ще одного сина - Олександра, який прийняв рішення самостійно піти з життя.

Згадали про Костянтина Ціолковського радянська влада цього ж року, після публікації Г. Оберта - німецького фізика - про космічні польоти та ракетні двигуни. У цей час умови життя радянського вченого змінилися кардинально. Керівництво Радянського Союзу звернуло увагу на всі його здобутки, надало комфортні умови для плідної діяльності, призначило персональну довічну пенсію.

Помер Костянтин Едуардович Ціолковський, відкриття якого зробили величезний внесок у вивчення космонавтики, у рідній Калузі 19 вересня 1935 року від раку шлунка.

Досягнення Костянтина Ціолковського

● Основними досягненнями, яким Костянтин Едуардович Ціолковський – основоположник космонавтики – присвятив усе своє життя, є:
● Створення першої в країні аеродинамічної лабораторії та аеродинамічної труби.
● Розробка методики вивчення аеродинамічних властивостей літальних апаратів.
● Понад чотири сотні робіт з теорії ракетобудування.
● Робота над обґрунтуванням можливості здійснення подорожей у космос.
● Створення власної схеми газотурбінного двигуна.
● Виклад суворої теорії реактивного руху та доказ необхідності використання ракет для космічних подорожей.
● Проектування керованого аеростату.
● Створення моделі суцільнометалевого дирижабля.
● Ідея про старт ракети з похилою направляючою, яка в даний час успішно використовується в системах залпового вогню.

Тема сьогоднішньої статті – коротка біографія К. Е. Ціолковського. Цей вчений зі світовим ім'ям прожив своє життя для того, щоб ми якось стали свідками першого польоту до космосу людини. Біографія Ціолковського цікава і насичена, ми спробуємо коротко розповісти про всі його досягнення.

Трохи про сім'ю Ціолковського

Костянтин Едуардович народився в сім'ї лісника 17 вересня 1857 року. Його мама була родом із небагатих дворян, вела домашнє господарство та виховувала дітей. Вона сама навчила синів письма, читання та арифметики.

Коли Костянтину було три роки, сім'ї довелося виїхати зі спокійного села Іжевське та розпочати нове життя в Рязані. Глава сім'ї, Едуард Ігнатович, зіткнувся з труднощами у роботі, і йому нічого не залишалося, як забрати свою сім'ю.

Шкільні роки

Ціолковський Костянтин Едуардович, біографія якого відома багатьом, вступив до В'ятської чоловічої гімназії в 1868 році. У це місто сім'я перебралася після тривалого перебування у Рязані.

Навчання давалося дитині погано. Ціолковський, коротка біографія якого описана в цій статті, перехворів на скарлатину, і тепер погано чув. Він практично оглух, і вчителі було неможливо дати йому необхідні знання у сфері науки, у 1873 року його вирішили відрахувати за неуспішність. Після цього майбутній великий учений ніде не навчався, воліючи самостійно займатися вдома.

Приватне репетиторство

Біографія Ціолковського зберігає кілька років життя у Москві. Туди шістнадцятирічний юнак поїхав для того, щоб вивчати хімію, механіку, математику та астрономію. Йому придбали слуховий апарат, і тепер він міг навчатися нарівні з усіма студентами. Він багато часу проводив у бібліотеці, де й познайомився з Федоровим Н. Ф., одним із основоположників космізму.

Ціолковський, біографія в столиці якого в ті роки не має яскравих моментів, намагається прожити самостійно, тому що розуміє, що батьки йому не можуть допомогти матеріально. Якийсь час він справляється, але все ж таки це життя надто дороге, і він повертається до В'ятки, щоб працювати приватним репетитором.

У своєму місті він одразу зарекомендував себе добрим викладачем, і до нього приходили навчатися фізики та математики. Діти охоче займалися у Костянтина Едуардовича, а він намагався доступніше пояснити їм матеріал. Він сам розробив методи навчання, і ключовим була наочна демонстрація, щоб діти розуміли, про що йдеться.

Перші дослідження в аеродинаміці

У 1878 році хлопець їде до Рязані і там отримує диплом кваліфікованого вчителя. Назад до В'ятки він не поїхав, а почав працювати викладачем в училищі Боровська.

У цьому училищі, незважаючи на його віддаленість від усіх наукових центрів, починає активно проводити дослідження аеродинаміки Ціолковський Костянтин Едуардович. Коротка біографія вченого-початківця описує події, коли він, створивши основи кінетичної теорії газів, відправляє результат своєї роботи в Російське фізико-хімічне суспільство. Відповідь Менделєєва була несподіваною: відкриття вже зроблено чверть століття тому. Це було справжнім потрясінням для Костянтина Едуардовича, але він зміг швидко взяти себе в руки, забути про невдачу. Але це відкриття все ж таки принесло свої плоди, талант його був оцінений у Санкт-Петербурзі.

Аеродинамічний тунель

З 1892 біографія Ціолковського продовжується життям і працями в Калузі. Він знову влаштовується працювати вчителем і продовжує наукові дослідження в галузі астронавтики та аеронавтики. Тут їм було створено аеродинамічний тунель, у якому перевіряється аеродинаміка можливих літальних апаратів. Коштів більш глибокого вивчення вченого немає, і він вимагає сприяння з боку Російського фізико-хімічного суспільства. Пам'ятаючи минулий невдалий досвід Ціолковського, вчені вважають, що немає сенсу виділяти гроші на його роботу і надсилають у відповіді відмову.

Це рішення з боку науковців не зупиняє дослідника. Костянтин Ціолковський, біографія якого говорить про те, що він був із небагатої родини, наважується взяти гроші з особистих заощаджень та продовжує роботу.

Коштів сім'ї вистачило на створення та тестування понад сто моделей літальних апаратів. Незабаром про вченого почали говорити, і чутки про його завзятість дійшли Фізико-хімічного суспільства, яке відмовилося фінансувати його проекти. Вчені зацікавилися дослідами Костянтина Едуардовича та вирішили виділити для продовження його праць 470 рублів. Ціолковський, коротка біографія якого досі цікава людям, витратив ці кошти на вдосконалення свого аеродинамічного тунелю.

Книги Ціолковського

Костянтин Едуардович дедалі більше часу приділяє вивченню космосу. Він багато праць вклав у книгу "Мрії про землю і небо", яка вийшла 1895 року. Це його не єдина праця. Через рік він починає роботу над ще однією книгою – "Дослідження космічного простору за допомогою реактивного двигуна". Тут він описує особливості складу палива для ракетних двигунів, можливість транспортування вантажів у космосі. Ця книга стала головною для вченого, в ній він розповів про найважливіші наукові досягнення.

Ціолковський Костянтин Едуардович: сім'я

Зі своєю дружиною, Соколовою Варварою Євграфівною, Костянтин Едуардович познайомився наприкінці 70-х років дев'ятнадцятого століття. Вона була дочкою господаря житла, в якому молодий вчений винаймав кімнату. Молоді люди повінчалися у 1880 році та незабаром стали батьками.

У Варвари та Костянтина було троє синів – Ігнатій, Іван та Олександр – єдина донька Софія. У 1902 році в сім'ю прийшло нещастя: покінчив своє життя самогубством їхній старший син Ігнатій. Батьки тривалий час відходили від цього потрясіння.

Нещастя Ціолковського

Біографія Ціолковського містить цілу низку нещасть. Біди обрушувалися на вченого, не шкодуючи нікого й нічого. 1881 року у Костянтина Едуардовича помер батько. Через шість років після цієї події, 1887 року, його наукові праці були повністю знищені вогнем. У їхньому будинку сталася пожежа, він залишив по собі лише машинку для шиття, а модулі, креслення, важливі записи та все інше нажите майно було перетворено на попіл.

У 1902 році, як ми вже писали, пішов із життя його старший син. А 1907-го, через п'ять років після трагедії, вже вода увірвалася до будинку вченого. Ока сильно розлилася і затопила житло Ціолковського. Ця стихія знищила унікальні розрахунки, різні експонати та машини, якими дорожив Костянтин Едуардович.

Надалі життя цієї людини ставало все гіршим і гіршим. Фізико-хімічне суспільство, колись зацікавлене роботами вченого, не захотіло більше фінансувати його дослідження та створення нових моделей літальних апаратів. Сім'я його стала майже жебраком. Роки праць були витрачені даремно, все створене спалив вогонь, забрала вода. На нові винаходи Костянтин Едуардович не мав ні коштів, ні бажання їх створювати.

У 1923 році ще один син, Олександр, наклав на себе руки. Костянтин Едуардович багато пережив і вистраждав, і останні роки життя виявилися більш прихильними до вченого.

Останні кілька років

Відкинутий науковим співтовариством Костянтин Ціолковський, коротка біографія якого описана в нашій статті, практично гинув у злиднях. Його врятувала нова влада в 1921 році. Вченому було призначено невелику, але довічну пенсію, на яку він міг купувати якусь їжу, щоб не померти від голоду.

Після смерті другого сина життя Костянтина Едуардовича змінилося докорінно. Радянська влада оцінила його праці, викладені в його книзі про ракетні двигуни та паливо. Вченому виділили житло, умови проживання в якому були комфортабельніші, ніж у попередньому. Про нього почали говорити, стали цінувати його колишні праці, використовувати на благо науки дослідження, розрахунки, моделі.

1929 року Ціолковський особисто зустрівся з самим Королевим Сергієм. Він вніс безліч пропозицій та креслень, які були гідно оцінені.

Буквально перед смертю, 1935 року, Костянтин Едуардович закінчив роботу над автобіографією, з якої ми дізналися багато подробиць його життя, всі радощі та переживання. Книга називається "Риси з мого життя".

1935 року, 19 вересня, від раку шлунка помер великий учений. Він помер і був похований у Калузі, де минули основні роки його життя. Ціолковський Костянтин Едуардович зробив величезний внесок у вивчення та підкорення космосу. Без його робіт невідомо, яка країна перша відправила б людину до космосу. Він заслуговував на більш щасливе життя і загальне визнання. Жаль, що його праці оцінили так пізно, коли вчений пережив безліч горя та втрат.

Досягнення Ціолковського та цікаві факти з його життя

Мало хто знає, що у чотирнадцятирічному віці Костянтин Едуардович сам, лише з підручних засобів, зміг зібрати токарний верстат. А коли хлопцеві виповнилося п'ятнадцять років, він здивував усіх своїм новим винаходом – повітряною кулею. Це була геніальна людина з самого дитинства.

Любителі науково-фантастичних романів, звичайно, знайомі з твором Бєляєва Олександра "Зірка КЕЦ". На створення цієї книги письменника надихнули ідеї Ціолковського.

Ціолковський Костянтин Едуардович, коротка біографія якого є в цій статті, за час своєї діяльності створив понад чотириста робіт з теорії ракетобудування. Обґрунтував теорію про можливість подорожей у космосі.

Цей учений був творцем першої країни аеродинамічної труби і лабораторії з досліджень аеродинамічних властивостей апаратів для польотів. Також він спроектував модель дирижабля, зробленого із цільного металу, та керований аеростат.

Ціолковський довів, що для космічних подорожей потрібні ракети, а не інші літальні апарати. Він виклав найсуворішу теорію реактивного руху.

Костянтин Едуардович створив схему газотурбінного двигуна та запропонував пуск ракет із похилого становища. Цей метод досі використовують у системах залпового вогню.

ЗОРЯНИЙ МРІЙНИК

Роботи К. Е. Ціолковського з ракетодинаміки та теорії міжпланетних повідомлень були першими серйозними дослідженнями у світовій науково-технічній літературі. У цих дослідженнях математичні формули та розрахунки не затінюють глибоких та ясних ідей, сформульованих оригінально та чітко. Понад півстоліття минуло з дня опублікування перших статей Ціолковського з теорії реактивного руху. Суворий і нещадний суддя – час – лише виявляє та підкреслює грандіозність задумів, своєрідність творчості та високу мудрість проникнення у сутність нових закономірностей явищ природи, які властиві цим творам Костянтина Едуардовича Ціолковського. Його праці допомагають здійснювати нові дерзання радянської науки та техніки. Наша Батьківщина може пишатися своїм знаменитим ученим, зачинателем нових напрямів у науці та промисловості.
Костянтин Едуардович Ціолковський – видатний російський вчений, дослідник величезної працездатності та наполегливості, людина великого таланту. Широта і багатство творчої фантазії поєднувалися в нього з логічною послідовністю та математичною точністю суджень. Це був справжній новатор у науці. Найбільш важливі та життєздатні дослідження Ціолковського належать до обґрунтування теорії реактивного руху. В останній чверті XIX і на початку XX століття Костянтин Едуардович створював нову науку, що визначає закони руху ракет, і розробляв перші конструкції для дослідження безмежних світових просторів реактивними приладами. Багато вчених вважали на той час реактивні двигуни та ракетну техніку справою безперспективною і нікчемною за своїм практичним значенням, а ракети - придатними лише для розважальних феєрверків та ілюмінацій.
Костянтин Едуардович Ціолковський народився 17 вересня 1857 року в старовинному селі Іжевському, розташованому в заплаві Оки, Спаського повіту, Рязанської губернії, в сім'ї лісничого Едуарда Ігнатовича Ціолковського.
Батько Костянтина, Едуард Ігнатович Ціолковський (1820-1881, повне ім'я - Макар-Едуард-Еразм), народився в селі Коростянин (нині Гощанський район Рівненської області на північному заході України). У 1841 році закінчив Лісовий та Межовий інститут у Петербурзі, потім служив лісничим в Олонецькій та Петербурзькій губерніях. У 1843 був переведений в Пронське лісництво Спаського повіту Рязанської губернії. Проживаючи в селі Іжевському, зустрівся зі своєю майбутньою дружиною Марією Іванівною Юмашовою (1832—1870), матір'ю Костянтином Ціолковським. Маючи татарське коріння, вона була вихована в російській традиції. Предки Марії Іванівни за Івана Грозного переселилися до Псковської губернії. Її батьки, дрібномаєтні дворяни, володіли також бондарною та кошиковою майстернями. Марія Іванівна була освіченою жінкою: закінчила гімназію, знала латину, математику та інші науки.

Майже відразу після весілля у 1849 році подружжя Ціолковських переїхало до села Іжевське Спаського повіту, де проживало до 1860 року.
Про своїх батьків Ціолковський писав: «Батько завжди був холодний, стриманий. Серед знайомих він мав славу розумною людиною і оратором. Серед чиновників - червоним і нетерпимим за своєю ідеальною чесністю... Він мав пристрасть до винахідництва та будівництва. Мене ще не було на світі, коли він вигадав і влаштував молотилку. На жаль, невдало! Старші брати розповідали, що він будував із ними моделі будинків та палаців. Будь-яку фізичну працю батько в нас заохочував, як і взагалі самодіяльність. Ми майже завжди все робили самі... Мати була зовсім іншого характеру - натура сангвінічна, гарячка, регіт, глузування і обдарована. У батькові переважав характер, сила волі, у матері - талановитість».
На момент народження Кості сім'я проживала в будинку на вулиці Польній (нині вул. Ціолковського), який зберігся до наших днів і, як і раніше, перебуває у приватному володінні.
В Іжевському Костянтину довелося прожити зовсім недовго - перші три роки життя, і спогадів про цей період у нього майже не лишилося. У Едуарда Ігнатовича почалися неприємності на службі – начальство було незадоволене його ліберальним ставленням до місцевих селян.
У 1860 році батько Костянтина отримав переведення в Рязань на посаду діловода Лісового відділення, а незабаром став викладати природну історію та таксацію у землемірно-таксаторських класах Рязанської гімназії та отримав чин титулярного радника. У Рязані на Вознесенській вулиці родина прожила майже вісім років. За цей час сталося багато подій, які вплинули на все подальше життя Костянтина Едуардовича.

Костя Ціолковський у дитинстві.
Рязань

Початковою освітою Кості та його братів займалася мати. Саме вона навчила Костянтина читати та писати, познайомила з початками арифметики. Читати Костя вивчився за «Казками» Олександра Афанасьєва, причому мати навчила його лише алфавіту, а як складати з літер слова Костя Ціолковський здогадався сам.
Перші роки дитинства Костянтина Едуардовича були щасливими. Він був живою, тямущою дитиною, заповзятливою і вразливою. Влітку хлопчик будував із товаришами в лісі курені, любив лазити на паркани, дахи та дерева. Багато бігав, грав у м'яч, лапту, містечка. Часто запускав змія і відправляв угору по нитці «пошту» - коробочку з тарганом. Взимку із захопленням катався на ковзанах. Ціолковському було років вісім, коли мати подарувала йому крихітну повітряну «кулю» (аеростат), видуту з колодіуму та наповнену воднем. Майбутній творець теорії суцільнометалевого дирижабля із задоволенням займався цією іграшкою. Згадуючи про роки дитинства, Ціолковський писав: «Я пристрасно любив читати і читав усе, що можна було дістати… Любив мріяти і навіть платив молодшому братові за те, щоб він слухав моїх марень. Ми були маленькі, і мені хотілося, щоб і вдома, і люди, і тварини – все також було маленьке. Потім я мріяв про фізичну силу. Я подумки високо стрибав, підбирався, як кішка, на жердині, по мотузках».
На десятому році життя – на початку зими – Ціолковський, катаючись на санчатах, застудився та захворів на скарлатину. Хвороба була важка, і внаслідок її ускладнення хлопчик майже зовсім втратив слух. Глухота не дозволила продовжувати навчання у школі. «Глухота робить мою біографію малоцікавою, – пише пізніше Ціолковський, – бо позбавляє мене спілкування з людьми, спостереження та запозичення. Моя біографія бідна на обличчя і зіткнення» З 11 до 14 років життя Ціолковського було «найсумнішим, найтемнішим часом. «Я намагаюся, - пише К. Е. Ціолковський, - відновити його в пам'яті, але нічого зараз не можу більше згадати. Нема чим згадати цей час».
У цей час Костя вперше починає виявляти інтерес до майстерності. «Мені подобалося робити лялькові ковзани, будиночки, санчата, годинник з гирями та ін. Все це було з паперу та картону і з'єднувалося сургучем», - напише він пізніше.
1868 року землемірно-таксаторські класи були закриті, і Едуард Ігнатович знову втратив роботу. Черговий переїзд - до В'ятки, де була велика польська громада і у батька родини жили два брати, які, мабуть, і допомогли йому здобути посаду столоначальника Лісового відділення.
Ціолковський про життя на В'ятці: «В'ятка для мене незабутня… Там почалося моє свідоме життя. Коли наша родина перебралася туди з Рязані, я думав, що це брудне, глухе, сіреньке містечко, вулицями ведмеді ходять, а виявилося, це губернське місто нічим не гірше, а в чомусь своїй бібліотекою, Наприклад, краще Рязані ».
У В'ятці сім'я Ціолковських мешкала у будинку купця Шуравіна на Преображенській вулиці.
У 1869 році Костя разом із молодшим братом Ігнатієм вступив до першого класу чоловічої Вятської гімназії. Навчання давалося насилу, предметів було багато, викладачі суворі. Дуже заважала глухота: «Вчителів зовсім не чув чи чув одні незрозумілі звуки».
Пізніше, у листі Д. І. Менделєєву 30 серпня 1890 р. Ціолковський писав: «Ще раз прошу Вас, Дмитре Івановичу, взяти мою працю під своє заступництво. Гне обставин, глухота з десятирічного віку, незнання життя і людей, що виникає звідси, та інші несприятливі умови, сподіваюся, вибачать у Ваших очах мою слабкість».
У тому ж, 1869 року надійшла сумна звістка з Петербурга - помер старший брат Дмитро, який у Морському училищі. Ця смерть вразила всю родину, але особливо Марію Іванівну. 1870 року мати Кості, яку він палко любив, несподівано померла.
Горе придавило осиротілого хлопчика. І без того не блискучий успіхами в навчанні, пригнічений нещастями, що звалилися на нього, Костя навчався все гірше і гірше. Набагато гостріше відчув він свою глухоту, що робила його дедалі більше ізольованим. За витівки він неодноразово зазнав покарань, потрапляв у карцер. У другому класі Костя залишився на другий рік, а з третього (у 1873 році) було відрахування з характеристикою «…для вступу до технічного училища». Після цього Костянтин Едуардович уже ніколи й ніде не вчився – займався виключно самотужки.
Саме в цей час Костянтин Ціолковський знайшов своє справжнє покликання та місце у житті. Він займається освітою самостійно, користуючись невеликою бібліотекою свого батька, в якій були книги з природничих наук та математики. Тоді ж у ньому прокидається пристрасть до винахідництва. Він будує повітряні кулі з тонкого, цигаркового паперу, робить маленький токарний верстат і конструює коляску, яка мала рухатися за допомогою вітру. Модель коляски чудово вдалася і рухалася на даху дошкою навіть проти вітру! «Проблиски серйозної розумової свідомості, - пише Ціолковський про цей період свого життя, - виявилися при читанні. Так, років чотирнадцяти я надумав почитати арифметику, і мені здалося там все цілком ясним і зрозумілим. З того часу я зрозумів, що книги - річ нехитра і цілком доступна мені. Я почав розбирати з цікавістю та розумінням деякі батьківські книги з природничих та математичних наук… Мене захоплює астролябія, вимірювання відстані до недоступних предметів, зняття планів, визначення висот. І я влаштовую астролябію – кутомір. З її допомогою, не виходячи з дому, визначаю відстань до пожежної каланчі. Знаходжу 400 аршинів. Іду та перевіряю. Виявляється, правильно. З цього моменту я повірив у теоретичне знання!». Видатні здібності, схильність до самостійної роботи та безперечний талант винахідника змусили батька К. Е. Ціолковського задуматися над його майбутньою професією та подальшою освітою.
Повіривши у здібності сина, у липні 1873 року Едуард Ігнатович вирішив послати 16-річного Костянтина до Москви вступати до Вищого технічного училища (нині МДТУ ім. Баумана), забезпечивши його супровідним листом до свого знайомого з проханням допомогти влаштуватися. Проте Костянтин листа втратив і пам'ятав лише адресу: Німецька вулиця (нині Бауманська вулиця). Діставшись до неї, хлопець винайняв кімнату в квартирі прачки.
До училища, з невідомих причин, Костянтин так і не вступив, але вирішив продовжити освіту самостійно. Один із найкращих знавців біографії Ціолковського інженер Б. Н. Воробйов пише про майбутнього вченого: «Як і багато юнаків і дівчат, які стікалися в столицю для здобуття освіти, він був сповнений найрайдужніших надій. Але ніхто й не думав звертати увагу на молодого провінціала, який усіма силами прагнув до скарбниці знань. Тяжке матеріальне становище, глухота і практична непристосованість до життя найменше сприяли виявленню його талантів та здібностей».
З дому Ціолковський отримував 10-15 рублів на місяць. Харчувався одним чорним хлібом, не мав навіть картоплі та чаю. Натомість купував книги, реторти, ртуть, сірчану кислоту та інше для різноманітних дослідів та саморобних приладів. «Я пам'ятаю чудово, – пише Ціолковський у своїй автобіографії, – що, крім води та чорного хліба, у мене тоді нічого не було. Щотри дні я ходив у булочну і купував там, на 9 копійок хліба. Таким чином, я проживав 90 копійок на місяць… Все ж таки я був щасливий своїми ідеями, і чорний хліб мене анітрохи не засмучував».
Крім дослідів з фізики та хімії, Ціолковський багато читав, щодня з десятої ранку і до третьої-чотирьої години дня штудуючи науки в Чортківській публічній бібліотеці - єдиній безкоштовній бібліотеці в Москві того часу.
У цій бібліотеці Ціолковський зустрівся з основоположником російського космізму Миколою Федоровичем Федоровим, який працював там помічником бібліотекаря (службовець, який постійно перебував у залі), але так і не визнав у скромному службовцю знаменитого мислителя. «Він давав мені заборонені книги. Потім виявилося, що це відомий аскет, друг Толстого та дивовижний філософ та скромник. Він роздавав всю свою крихітну платню біднякам. Тепер я бачу, що він і мене хотів зробити своїм пансіонером, але це йому не вдалося: я надто дичинився», - написав пізніше Костянтин Едуардович в автобіографії. Ціолковський визнавав, що Федоров замінив йому університетських професорів. Однак, цей вплив виявився набагато пізніше, через десять років після смерті Московського Сократа, а під час свого проживання в Москві Костянтин нічого не знав про погляди Миколи Федоровича, і вони так жодного разу не заговорили про Космос.
Робота в бібліотеці була підпорядкована чіткому порядку. З ранку Костянтин займався точними та природничими науками, які вимагали зосередженості та ясності розуму. Потім переключався на більш простий матеріал: белетристику та публіцистику. Активно вивчав «товсті» журнали, де публікувалися як оглядові наукові статті, і публіцистичні. Захоплено читав Шекспіра, Льва Толстого, Тургенєва, захоплювався статтями Дмитра Писарєва: «Писарєв змушував мене тремтіти від радості та щастя. У ньому я бачив тоді своє друге "Я".
За перший рік життя в Москві Ціолковським вивчено фізику і початок математики. У 1874 році Чортківська бібліотека переїхала до будівлі Рум'янцевського музею, разом із нею перейшов на нове місце роботи і Микола Федоров. У новому читальному залі Костянтин вивчає диференціальне та інтегральне числення, вищу алгебру, аналітичну та сферичну геометрію. Потім – астрономія, механіка, хімія.
За три роки Костянтин повністю освоїв гімназичну програму та значну частину університетської програми.
На жаль, батько більше не зміг оплачувати його проживання в Москві і до того ж погано почувався і збирався на пенсію. З здобутими знаннями Костянтин вже цілком міг розпочати самостійну роботу в провінції, а також продовжувати свою освіту за межами Москви. Восени 1876 року Едуард Ігнатович викликав сина назад у В'ятку, і Костянтин повернувся додому.
У Вятку Костянтин повернувся ослаблим, схудлим і виснаженим. Тяжкі умови життя в Москві, напружена робота призвели також до погіршення зору. Після повернення додому Ціолковський почав носити окуляри. Відновивши сили, Костянтин почав давати приватні уроки з фізики та математики. Перший урок отримав завдяки зв'язкам батька у ліберальному суспільстві. Виявивши себе талановитим педагогом, надалі не мав нестачі в учнях.
При веденні уроків Ціолковський застосовував власні оригінальні методи, головним з яких була наочна демонстрація - Костянтин робив паперові моделі багатогранників для уроків геометрії, разом з учнями проводив численні досліди на уроках фізики, чим заслужив славу викладача, який добре і зрозуміло пояснює матеріал, на заняттях завжди цікаво.
Для виготовлення моделей та проведення дослідів Ціолковський зняв майстерню. Весь свій вільний час проводив у ній чи бібліотеці. Читав дуже багато – спеціальну літературу, белетристику, публіцистику. Згідно з автобіографією, в цей час прочитав журнали «Сучасник», «Дело», «Вітчизняні записки» за всі роки, що вони видавалися. Тоді ж прочитав «Початки» Ісаака Ньютона, наукових поглядів якого Ціолковський дотримувався подальшого життя.
Наприкінці 1876 року помер молодший брат Костянтина Ігнатій. Брати з дитинства були дуже близькі, Костянтин довіряв Ігнатію свої найпотаємніші думки, і смерть брата стала важким ударом.
До 1877 Едуард Ігнатович був вже дуже слабкий і хворий, далася взнаки трагічна смерть дружини і дітей (крім синів Дмитра та Ігнатія в ці роки Ціолковські втратили наймолодшу дочку - Катерину - вона померла в 1875 році, під час відсутності Костянтина), у відставку. У 1878 році вся родина Ціолковських повернулася до Рязаня.
Після повернення Рязань сім'я жила на Садовій вулиці. Одразу після приїзду Костянтин Ціолковський пройшов медичну комісію та був звільнений від військової служби через глухоту. У сім'ї передбачали купити будинок і жити доходами від нього, проте трапилося непередбачене - Костянтин посварився з батьком. У результаті Костянтин винайняв окрему кімнату у службовця Палкіна і був змушений шукати інші засоби для існування, оскільки його особисті заощадження, накопичені з приватних уроків у В'ятці, добігали кінця, а в Рязані невідомому репетитору без рекомендацій не вдавалося знайти учнів.
Для продовження роботи вчителем була потрібна певна, документально підтверджена кваліфікація. Восени 1879 року у Першій губернській гімназії Костянтин Ціолковський тримав іспит екстерном на повітового вчителя математики. Як «самоукові», йому довелося складати «повний» іспит – не лише сам предмет, а й граматику, катехизис, богослужіння та інші обов'язкові дисципліни. Цими предметами Ціолковський ніколи не цікавився і не займався, але зумів підготуватись за короткий час.

Свідоцтво повітового вчителя
математики, отримане Ціолковським

Успішно склавши іспит, Ціолковський отримав направлення від Міністерства освіти до Боровська, розташованого за 100 кілометрів від Москви, на свою першу державну посаду і в січні 1880 року залишив Рязань.
Ціолковський був призначений на посаду вчителя арифметики та геометрії до Борівського повітового училища Калузької губернії.
За рекомендацією жителів Боровська Ціолковський «потрапив на хліб до одного вдівця з дочкою, що жив на околиці міста» - Є. Н. Соколову. Ціолковському «здали дві кімнати та стіл із супу та каші». Дочка Соколова, Варя, була ровесницею Ціолковського - молодша за нього на два місяці. Її характер, працьовитість припали до душі Костянтину Едуардовичу, і він невдовзі з нею одружився. «Вінчатися ми ходили за 4 версти пішки, не вбиралися. До церкви нікого не пускали. Повернулися – і ніхто про наш шлюб нічого не знав… Пам'ятаю, у день вінчання купив у сусіда токарний верстат та різав скло для електричних машин. Все ж таки про весілля якось пронюхали музиканти. Насилу їх випровадили. Напився тільки вінчав піп. І то частував його не я, а господар».
У Боровську у Ціолковських народилося четверо дітей: старша дочка Любов (1881) та сини Ігнатій (1883), Олександр (1885) та Іван (1888). Ціолковські жили бідно, але, за словами самого вченого, «у латках не ходили і ніколи не голодували». Більшу частину своєї платні Костянтин Едуардович витрачав на книги, фізичні та хімічні прилади, інструменти, реактиви.
За роки проживання в Боровську сім'я кілька разів змушена була міняти місце проживання - восени 1883 переїзд на Калузьку вулицю в будинок бараночника Баранова. З весни 1885 року мешкали в будинку Ковальова (на тій же Калузькій вулиці).
23 квітня 1887 року, в день повернення Ціолковського з Москви, де він робив доповідь про металевий дирижабель власної конструкції, у його будинку сталася пожежа, в якій загинули рукописи, моделі, креслення, бібліотека, а також все майно Ціолковських, за винятком швейної машинки, яку вдалося викинути через вікно у двір. Це був найважчий удар для Костянтина Едуардовича, свої думки та почуття він висловив у рукописі «Молитва» (15 травня 1887 року).
Черговий переїзд до будинку М. І. Полухіної на вулиці Круглою. 1 квітня 1889 року розлилася Протва, і будинок Ціолковських було затоплено. Знову постраждали записи та книги.

Будинок-музей К. Е. Ціолковського у Боровську
(колишній будинок М. І. Помухіної)

З осені 1889 року Ціолковські жили у будинку купців Молчанових за адресою: Молчанівська вулиця, будинок 4.
У Боровському повітовому училищі Костянтин Ціолковський продовжував удосконалюватися як педагог: викладав арифметику та геометрію нестандартно, вигадував захоплюючі завдання та ставив дивовижні, особливо для борівських хлопчаків, досліди. Кілька разів запускав з учнями величезну паперову повітряну кулю з «гондолою», в якій знаходилися лучини, що горять, для нагріву повітря. Якось куля відлетіла, і це мало не призвело до пожежі в місті.

Будівля колишнього Борівського повітового училища

Іноді Ціолковському доводилося замінювати інших викладачів та вести уроки креслення, малювання, історії, географії, а один раз навіть заміщати наглядача училища.

Костянтин Едуардович Ціолковський
(у другому ряду другий зліва)
групі вчителів Калузького повітового училища
1895 р.

У своїй квартирі в Борівську Ціолковський влаштував маленьку лабораторію. У нього в будинку блищали електричні блискавки, гриміли громи, дзвонили дзвіночки, спалахували вогні, крутилися колеса і блищали ілюмінації. «Я пропонував охочим скуштувати ложкою невидимого варення. Ті, хто спокусився частуванням, отримували електричний удар».
Відвідувачі милувалися і дивувалися на електричного восьминога, який хапав всякого своїми лапами за ніс або за пальці, і тоді у волосся, яке потрапило до нього в «лапи», ставало дибки і вискакували з будь-якої частини тіла».
Найперша робота Ціолковського була присвячена механіці в біології. Нею стала написана 1880 року стаття «Графічне зображення відчуттів». У ній Ціолковський розвивав властиву йому тоді песимістичну теорію. «збаламученогонуля», математично доводив ідею безглуздості людського життя. Цій теорії, за пізнішим визнанням вченого, судилося зіграти фатальну роль у його житті та в житті його сім'ї. Ціолковський відіслав цю статтю до журналу «Русская мысль», але її не надрукували і рукопис не повернули. Костянтин перейшов на інші теми.
1881 року 24-річний Ціолковський самостійно розробив основи кінетичної теорії газів. Роботу він надіслав у Петербурзьке фізико-хімічне суспільство, де вона отримала схвалення відомих членів суспільства, зокрема і геніального російського хіміка Менделєєва. Однак важливі відкриття, зроблені Ціолковським у глухому провінційному містечку, не представляли новини для науки: аналогічні відкриття було зроблено раніше в Німеччині. За другу наукову працю, названу «Механіка тваринного організму», Ціолковського одноголосно обирають членом фізико-хімічного суспільства
Цю моральну підтримку своїм першим науковим дослідженням Ціолковський згадував із вдячністю все життя.
У передмові до другого видання своєї роботи «Просте вчення про повітряний корабель та його побудову»Костянтин Едуардович писав: «Зміст цих робіт дещо запізнився, тобто зробив самостійно відкриття, вже зроблені раніше іншими. Проте суспільство поставилося до мене з більшою увагою, ніж підтримало мої сили. Можливо, воно й забуло мене, але я не забув панів Боргмана, Менделєєва, Фан-дер-Фліта, Пелурушевського, Бобильова і особливо Сеченова». 1883 року Костянтин Едуардович написав у формі наукового щоденника роботу «Вільний простір», в якій він піддав систематичному вивченню ряду завдань класичної механіки у просторі без дії сили тяжіння та сил опору. У цьому випадку основні характеристики руху тіл визначаються лише силами взаємодії між тілами даної механічної системи та особливого значення для кількісних висновків набувають закони збереження основних динамічних величин: кількості руху, моменту кількості руху та кінетичної енергії. Ціолковський був глибоко важливий у творчих пошуках, яке вміння самостійно працювати над науковими проблемами - чудовий приклад всім початківців. Його перші кроки в науці, зроблені в найважчих умовах, - це кроки великого майстра, революційного новаторства, основоположника нових напрямів у науці та техніці.

«Я російська і думаю, що читати мене будуть, перш за все, росіяни.
Треба, щоб мої писання були зрозумілі більшості. Я цього бажаю.
Тому я намагаюся уникнути іноземних слів: особливо латинських
і грецьких, настільки чужих для російського вуха».

К. Е. Ціолковський

Роботи з повітроплавання та експериментальної аеродинаміки.
Результатом дослідницької роботи Ціолковського було об'ємне твір «Теорія та досвід аеростату». У цьому вся творі давалося науково-технічне обгрунтування створення конструкції дирижабля з металевої оболонкою. Ціолковським було розроблено креслення загальних видів дирижабля та деяких важливих вузлів конструкції.
Дирижабль Ціолковського мав такі характерні риси. По-перше, це був дирижабль змінного обсягу, що дозволяло зберігати постійну підйомну силу за різних температур навколишнього повітря та різних висот польоту. Можливість зміни обсягу конструктивно досягалася за допомогою особливої ​​стягуючої системи та гофрованих боковин (рис. 1).

Мал. 1. а - схема металевого дирижабля К. Е. Ціолковського;
б - система блочного стягування оболонки

По-друге, газ, що наповнює дирижабль, можна було підігрівати шляхом пропускання змійовиками відпрацьованих газів моторів. Третя особливість конструкції полягала в тому, що тонка металева оболонка для збільшення міцності та стійкості була гофрованою, причому хвилі гофра розташовувалися перпендикулярно до осі дирижабля. Вибір геометричної форми дирижабля та розрахунок міцності його тонкої оболонки було вирішено Ціолковським вперше.
Цей проект Дирижабля Ціолковського не отримав зізнання. Офіційна організація царської Росії з проблем повітроплавання - VII повітроплавний відділ Російського технічного товариства - виявила, що проект суцільнометалевого дирижабля, здатного змінювати свій обсяг, не може мати великого практичного значення і дирижаблі «вічно будуть іграшкою вітрів». Тому автору було відмовлено навіть у субсидії на будівництво моделі. Звернення Ціолковського до Генерального штабу армії також не мали успіху. Друкарська праця (1892 р.) Ціолковського отримав кілька співчутливих відгуків, і цим справа обмежилася.
Ціолковському належить прогресивна ідея побудови суцільнометалевого аероплана.
У статті 1894 року «Аероплан або птахоподібна (авіаційна) літальна машина», опублікованій у журналі «Наука і життя», дано опис, розрахунки та креслення моноплану з вільнонесучим, безрозчалочним крилом. На противагу закордонним винахідникам і конструкторам, які розробляли в ті роки апарати з крилами, що махають, Ціолковський вказував, що «наслідування птаха в технічному відношенні дуже важко внаслідок складності руху крил і хвоста, а також внаслідок складності влаштування цих органів».
Аероплан Ціолковського (рис. 2) має форму «застиглого ширяючого птаха, але замість голови його уявимо два гребні гвинти, що обертаються в зворотні сторони… М'язи тварини ми замінимо вибуховими нейтральними двигунами. Вони не вимагають великого запасу палива (бензину) і не потребують важких паровиків і великих запасів води. …Замість хвоста влаштуємо подвійне кермо - з вертикальної та горизонтальної площини. …Подвійне кермо, подвійний гвинт і нерухомість крил придумані нами не заради вигоди та економії роботи, а єдино задля здійсненності конструкції».

Мал. 2. Схематичне зображення літака 1895,
зроблене К. Е. Ціолковським. Верхній малюнок дає
на основі креслень винахідника загальне уявлення
про зовнішній вигляд літака

У суцільнометалевому аероплані Ціолковського крила вже мають товстий профіль, а фюзеляж - форму, що обтікає. Дуже цікаво, що Ціолковський вперше в історії розвитку літакобудування особливо наголошує на необхідності покращення обтічності аероплана для отримання великих швидкостей. Конструктивні обриси аероплана Ціолковського були незрівнянно досконалішими, ніж пізніші конструкції братів Райт, Сантос-Дюмона, Вуазена та інших винахідників. Для виправдання своїх розрахунків Ціолковський писав: «Під час отримання цих чисел я прийняв найсприятливіші, ідеальні умови опору корпусу і крил; у моєму аероплані немає визначних частин, крім крил; все закрите загальною плавною оболонкою, навіть пасажири».
Ціолковський добре передбачає значення бензинових (або нафтових) двигунів внутрішнього згоряння. Ось його слова, що показують повне розуміння устремлінь технічного прогресу: «Однак я маю теоретичні підстави вірити у можливість побудови надзвичайно легких і водночас сильних бензинових або нафтових двигунів, що цілком задовольняють завдання літання». Костянтин Едуардович передбачав, що згодом маленький аероплан успішно конкуруватиме з автомобілем.
Розробка суцільнометалевого моноплана з товстим вигнутим крилом є найбільша заслуга Ціолковського перед авіацією. Він перший досліджував цю найпоширенішу в наші дні схему аероплана. Але ідея Ціолковського про будівництво пасажирського аероплана також не отримала визнання у царській Росії. На подальші дослідження щодо аероплану не було ні коштів, ні навіть моральної підтримки.
Про цей період свого життя вчений писав з гіркотою: «При своїх дослідах я зробив багато нових висновків, але нові висновки зустрічаються вченими недовірливо. Ці висновки можуть підтвердитися повторенням моїх праць якимось експериментом, але коли це буде? Важко працювати поодинці багато років за несприятливих умов і не бачити звідки ні просвіту, ні підтримки».
Над розробкою своїх ідей про створення суцільнометалевого дирижабля і моноплана, що добре обтікається, вчений працював майже весь час з 1885 по 1898 рік. Ці науково-технічні винаходи наштовхнули Ціолковського на низку найважливіших відкриттів. В області дирижаблебудування він висунув низку абсолютно нових положень. Власне кажучи, він був зачинателем теорії металевих керованих аеростатів. Його технічна інтуїція значно випередила рівень промислового розвитку 90-х минулого століття.
Доцільність своїх пропозицій він обґрунтував докладними обчисленнями та схемами. Здійснення суцільнометалевого повітряного корабля, як будь-яка велика і нова технічна проблема, торкалося широкого комплексу абсолютно не розроблених у науці та техніці завдань. Вирішити їх одній людині було, звісно, ​​неможливо. Адже тут були і питання аеродинаміки, і питання стійкості гофрованих оболонок, і завдання міцності, газонепроникності, і завдання герметичного паяння металевих листів тощо. Зараз доводиться дивуватися, як далеко вдалося просунути Ціолковському, крім загальної ідеї, окремі технічні та наукові питання.
Костянтин Едуардович розробив метод про гідростатичних випробувань дирижаблів. Для визначення міцності тонких оболонок, якими є оболонки суцільнометалевих дирижаблів, він рекомендував наповнювати їх дослідні моделі водою. Цей метод застосовується зараз у всьому світі для перевірки міцності та стійкості тонкостінних судин та оболонок. Ціолковський також створив прилад, що дозволяє точно графічно визначити форму перерізу оболонки дирижабля при заданому надтиску. Проте неймовірно важкі умови життя та роботи, відсутність колективу учнів та послідовників змусили вченого у багатьох випадках обмежитися, по суті, лише формулюванням проблем.
Роботи Костянтина Едуардовича з теоретичної та експериментальної аеродинаміки, безсумнівно, обумовлені необхідністю дати аеродинамічний розрахунок льотних характеристик дирижабля та аероплану.
Ціолковський був справжнім вченим-природодослідником. Спостереження, мрії, обчислення та роздуми поєднувалися у нього з постановкою дослідів та моделюванням.
У 1890-1891 роках він пише роботу. Витяг з цього рукопису, опублікований за сприяння знаменитого фізика професора Московського університету А. Г. Столетова у працях Товариства любителів природознавства в 1891 році, стала першою надрукованою роботою Ціолковського. Він був сповнений ідей, дуже діяльний і енергійний, хоча зовні здавався спокійним і врівноваженим. Вище середнього зросту, з довгим чорним волоссям і чорним трохи сумним очима, він був незручний і сором'язливий у суспільстві. Він мав трохи друзів. У Боровську Костянтин Едуардович близько зійшовся з колегою по школі Є. С. Єрємєєвим, у Калузі йому багато допомагали В. І. Ассонов, П. П. Каннінг і С. В. Щербаков. Однак при захисті своїх ідей він був рішучий і наполегливий, мало зважаючи на пересуд колег і обивателів.
…Зима. Здивовані борівські жителі бачать, як на ковзанах замерзлою річкою мчить учитель повітового училища Ціолковський. Він скористався сильним вітром і, розпустивши парасольку, котиться зі швидкістю кур'єрського поїзда, який тягне за собою силу вітру. «Завжди я щось затівав. Надумав я зробити сани з колесом так, щоб всі сиділи і качали важелі. Сани мали мчати по льоду… Потім я замінив цю споруду особливим вітрильним кріслом. Річкою їздили селяни. Коні лякалися вітрила, що промчали, проїжджі лаялися. Але, по глухоті, я про це довго не здогадувався. Потім уже, побачивши коня, заздалегідь поспішно знімав вітрило».
Майже всі товариші по службі по школі та представники місцевої інтелігенції вважали Ціолковського невиправним фантазером та утопістом. Зліші люди називали його дилетантом і кустарем. Ідеї ​​Ціолковського здавалися обивателям неймовірними. «Він думає, що залізна куля підніметься у повітря та полетить. Ось дивак! Вчений завжди був зайнятий, завжди працював. Якщо не читав і не писав, то працював на токарному верстаті, паяв, стругав, майстрував для своїх учнів багато моделей, що діють. «Зробив величезну повітряну кулю… з паперу. Спирта дістати не зміг. Тому внизу кулі пристосував сітку з тонкого дроту, на яку клав кілька палаючих лучинок. Куля, що мала іноді химерну форму, піднімалася вгору, наскільки дозволяла прив'язана до неї нитка. Одного разу нитка перегоріла, і мій м'яч помчав у місто, гублячи іскри та палаючу лучину! Потрапив на дах шевцеві. Шевець заарештував кулю».
Обивателі дивилися на всі досліди Ціолковського, як на курйози і пустощі, багато хто, не розмірковуючи, вважав його диваком і «трохи зворушеним». Потрібні були дивовижна енергія і наполегливість, найбільша віра у шляху прогресу техніки, щоб у такому оточенні та у важких, майже злиденних умовах щодня працювати, винаходити, обчислювати, рухаючись усе вперед і вперед.
27 січня 1892 року директор народних училищ Д. С. Унковський звернувся до піклувальника Московського навчального округу з проханням перевести «одного з найздібніших і найстаріших викладачів» до повітового училища міста Калуги. У цей час Ціолковський продовжував свої роботи з аеродинаміки та теорії вихорів у різних середовищах, а також чекав на видання книги «Аеростат металевий керований»у московській друкарні. Рішення про переведення було ухвалено вже 4 лютого. Крім Ціолковського з Боровська до Калуги переїхали викладачі: С. І. Чортков, Є. С. Єрємєєв, І. А. Казанський, доктор В. Н. Єргольський.
Зі спогадів Любові Костянтинівни, дочки вченого: «Стемніло, коли ми в'їхали до Калуги. Після пустельної дороги було приємно дивитися на миготливі вогники та людей. Місто нам здалося величезним ... У Калузі було багато мощених вулиць, високих будинків і лилося дзвін безлічі дзвонів. У Калузі із монастирями налічувалося 40 церков. Жителів вважалося 50 тисяч».
У Калузі Ціолковський прожив усе життя. З 1892 року працював викладачем арифметики та геометрії у Калузькому повітовому училищі. З 1899 вів уроки фізики в єпархіальному жіночому училищі, розформованому після Жовтневої революції. У Калузі Ціолковський написав свої головні праці з космонавтики, теорії реактивного руху, космічної біології та медицини. Також їм було продовжено роботу над теорією металевого дирижабля.
Після закінчення викладання, у 1921 році, Ціолковському було призначено персональну довічну пенсію. З цього моменту і до самої смерті Ціолковський займався виключно своїми дослідженнями, поширенням своїх ідей, реалізацією проектів.
У Калузі було написано основні філософські роботи К. Е. Ціолковського, сформульовано філософію монізму, написано статті про бачення ним ідеального суспільства майбутнього.
У Калузі у Ціолковських народилися син та дві дочки. Водночас саме тут Ціолковським довелося пережити трагічну смерть багатьох своїх дітей: із семи дітей К. Е. Ціолковського п'ятеро померли ще за його життя.
У Калузі Ціолковський познайомився з вченими А. Л. Чижевським та Я. І. Перельманом, які стали його друзями та популяризаторами його ідей, а пізніше і біографами.
До Калуги сім'я Ціолковських прибула 4 лютого, оселилася в квартирі в будинку Н. І. Тимашової на Георгіївській вулиці, заздалегідь знятій для них Є. С. Єрємєєвим. Костянтин Едуардович став викладати арифметику та геометрію у Калузькому повітовому училищі.
Незабаром після приїзду Ціолковський познайомився з Василем Ассоновим, податним інспектором, людиною освіченою, прогресивною, різнобічною, яка захоплюється математикою, механікою та живописом. Прочитавши першу частину книги Ціолковського "Аеростат металевий керований", Ассонов використав свій вплив для організації підписки на другу частину цієї роботи. Це дозволило зібрати недостатні кошти її видання.

Василь Іванович Ассонов

8 серпня 1892 року у Ціолковських народився син Леонтій, який помер від кашлюку рівно через рік, у перший день свого народження. В цей час в училищі були канікули, і Ціолковський все літо перебував у маєтку Сокільники Малоярославецького повіту у свого давнього знайомого Д. Я. Курносова (водія борівського дворянства), де давав уроки його дітям. Після смерті дитини Варвара Євграфівна вирішила змінити квартиру, і до повернення Костянтина Едуардовича сім'я переїхала до будинку Сперанських, розташованого навпроти тієї ж вулиці.
Ассонов познайомив Ціолковського з головою Нижегородського гуртка любителів фізики та астрономії С. В. Щербаковим. У 6-му випуску збірки гуртка було надруковано статтю Ціолковського «Тяжіння як найголовніше джерело світової енергії»(1893), що розвиває ідеї ранньої роботи «Тривалістьвипромінювання Сонця»(1883). Роботи гуртка регулярно публікувалися в нещодавно створеному журналі «Наука і життя», і того ж року в ньому було розміщено текст цієї доповіді, а також надруковано невелику статтю Ціолковського «Чи можливий металевий аеростат». 13 грудня 1893 року Костянтина Едуардовича було обрано почесним співробітником гуртка.
У лютому 1894 року Ціолковський написав роботу «Аероплан або птахоподібна (авіаційна) машина», що продовжує тему, розпочату в статті «До питання про літання у вигляді крил»(1891). У ній, крім іншого, Ціолковський навів схему сконструйованих ним аеродинамічних ваг. Діюча модель «вертушки» демонструвалася М. Є. Жуковським у Москві, на Механічній виставці, що проходила в січні цього року.
Приблизно водночас Ціолковський зійшовся із родиною Гончарових. Оцінювач Калузького банку Олександр Миколайович Гончаров, племінник знаменитого письменника І. А. Гончарова, був всебічно освіченою людиною, знав кілька мов, переписувався з багатьма видними літераторами та громадськими діячами, сам регулярно видавав свої художні твори, присвячені, в основному, темі занепаду та темі занепаду російського дворянства. Гончаров вирішив підтримати видання нової книги Ціолковського - збірки нарисів «Мрії про землю та небо»(1894), другого його художнього твору, тоді як дружина Гончарова, Єлизавета Олександрівна, виконала переклад статті «Залізний керований аеростат на 200 чоловік, довжиною з великою морською пароплавом»на французьку та німецьку мови і розіслала їх в іноземні журнали. Однак, коли Костянтин Едуардович захотів віддячити Гончарова і без його відома розмістив на обкладинці книги напис. Видання А. Н. Гончарова, це призвело до скандалу та розриву відносин між Ціолковськими та Гончаровими.
30 вересня 1894 року у Ціолковських народилася дочка Марія.
У Калузі Ціолковський також не забував про науку, про астронавтику та аеронавтику. Він збудував спеціальну установку, яка дозволяла вимірювати деякі аеродинамічні показники літальних апаратів. Оскільки Фізико-хімічне суспільство не виділило жодної копійки на його експерименти, вченому довелося використовувати сімейні засоби для проведення досліджень. До речі, Ціолковський своїм коштом побудував понад 100 експериментальних моделей і протестував їх. Через деякий час суспільство все ж таки звернуло увагу на калузького генія і виділило йому фінансову підтримку – 470 рублів, на які Ціолковський побудував нову, вдосконалену установку – «повітродувку».
Вивчення аеродинамічних властивостей тіл різної форми та можливих схем повітряних літальних апаратів поступово призвело Ціолковського до роздумів про варіанти польоту в безповітряному просторі та про підкорення космосу. У 1895 році була опублікована його книга «Мрії про землю і небо», а через рік вийшла стаття про інші світи, розумні істоти з інших планет і про спілкування землян з ними. У тому ж, 1896 року Ціолковський приступив до написання своєї головної праці, опублікованої в 1903 році. У цій книзі було порушено проблеми використання ракет у космосі.
У 1896-1898 роках учений брав участь у газеті "Калузький вісник", що друкувала як матеріали самого Ціолоковського, так і статті про нього.

У цьому будинку К. Е. Ціолковський прожив
майже 30 років (з 1903 по 1933 роки).
У перші роковини від дня смерті
Ціолковського в ньому був відкритий
науково-меморіальний музей

Перші п'ятнадцять років XX століття були найважчими у житті вченого. У 1902 його син Ігнатій наклав на себе руки. У 1908 році під час розливу Окі його будинок затопило, багато машин, експонати були виведені з ладу, а численні унікальні розрахунки втрачені. 5 червня 1919 року Рада Російського товариства любителів світознавства прийняла до своїх членів К. Е. Ціолковського і йому, як члену наукового товариства, була призначена пенсія. Це врятувало його від голодної смерті в роки розрухи, тому що 30 червня 1919 Соціалістична академія не обрала його в свої члени і тим самим залишила його без засобів для існування. У Фізико-хімічному суспільстві також не оцінили значущість і революційність представлених ціолковських моделей. У 1923 році звів рахунки з життям і другий його син Олександр.
17 листопада 1919 року в будинок Ціолковських налетіли п'ятеро людей. Обшукавши будинок, вони забрали голову родини та привезли до Москви, де посадили до в'язниці на Луб'янці. Там його допитували протягом кількох тижнів. За деякими даними, за Ціолковського клопотала якась високопоставлена ​​особа, внаслідок чого вченого відпустили.

Ціолковський у кабінеті
у полиці з книгами

Лише у 1923 році, після публікації німецького фізика Германа Оберта про космічні польоти та ракетні двигуни, радянська влада згадала про вченого. Після цього умови життя та роботи Ціолковського радикально змінилися. На нього звернуло увагу партійне керівництво країни. Йому було призначено персональну пенсію та забезпечено можливість плідної діяльності. Розробки Ціолковського стали цікавими деяким ідеологам нової влади.
У 1918 Ціолковський був обраний до членів-змагарів Соціалістичної академії суспільних наук (1924 року перейменована в Комуністичну академію), а 9 листопада 1921 року вченому було призначено довічну пенсію за заслуги перед вітчизняною та світовою наукою. Цю пенсію виплачували до 19 вересня 1935 року - в той день Костянтин Едуардович Ціолковський помер у рідному місті Калузі.
У 1932 році встановилося листування Костянтина Едуардовича з одним з найталановитіших «поетів Думки», свого часу, що шукає гармонію світобудови – Миколою Олексійовичем Заболоцьким. Останній, зокрема, писав Ціолковському: « … Ваші думки про майбутнє Землі, людства, тварин і рослин глибоко хвилюють мене, і вони дуже близькі мені. У моїх ненадрукованих поемах та віршах я, як міг, дозволяв їх». Заболоцький розповідав йому про тягар власних пошуків, спрямованих на благо людства: «Одна справа знати, а інша — відчувати. Консервативне почуття, виховане в нас століттями, чіпляється за нашу свідомість і заважає рухатися вперед». Натурфілософські дослідження Ціолковського наклали на творчість цього автора вкрай вагомий відбиток.
Серед великих технічних та наукових досягнень XX століття одне з перших місць, безперечно, належить ракетам та теорії реактивного руху. Роки Другої світової війни (1941-1945) призвели до надзвичайно швидкого вдосконалення конструкцій реактивних апаратів. На полях битв знову з'явилися порохові ракети, але вже на більш калорійному бездимному тротилі – піроксилиновому пороху («катюші»). Було створено літаки з повітряно-реактивними двигунами, безпілотні літаки з пульсуючими повітряно-реактивними двигунами (ФАУ-1) та балістичні ракети з дальністю польоту до 300 км (ФАУ-2).
Ракетна техніка стає зараз дуже важливою галуззю промисловості, що швидко зростає. Розвиток теорії польоту реактивних апаратів – одна з нагальних проблем сучасного науково-технічного розвитку.
Ціолковський багато зробив для пізнання основ теорії руху ракет. Він був першим в історії науки, хто сформулював та досліджував проблему вивчення прямолінійних рухів ракет, виходячи із законів теоретичної механіки.

Мал. 3. Найпростіша схема рідинного
реактивного двигуна

Найпростіший реактивний двигун на рідкому паливі (рис. 3) є камерою, схожою формою на горщик, в якому жителі сільських місцевостей зберігають молоко. Через форсунки, розташовані на днищі цього горщика, відбувається подача рідкого пального та окислювача в камеру горіння. Подача компонентів палива розраховується таким чином, щоб забезпечити повне згоряння. У камері згоряння (рис. 3) відбувається запалення палива, і продукти горіння – гарячі гази – з великою швидкістю викидаються через спеціально профільоване сопло. Окислювач і пальне містяться у спеціальних баках, що розташовуються на ракеті чи літаку. Для подачі окислювача і пального камеру згоряння застосовують турбонасоси або видавлюють їх стиснутим нейтральним газом (наприклад, азотом). На рис. 4 наведено фотографію реактивного двигуна німецької ракети ФАУ-2.

Мал. 4. Рідинний реактивний двигун німецької ракети Фау-2,
змонтований у хвостовій частині ракети:
1 - повітряне кермо; 2 камера згоряння; 3 - трубопровід для
подачі пального (спирту); 4-турбонасосний агрегат;
5-бак для окислювача; 6-вихідний переріз сопла;
7 - газові керма

Струмінь гарячих газів, що викидається з сопла реактивного двигуна, створює реактивну силу, що діє на ракету в бік, протилежну швидкості частинок струменя. Величина реактивної сили дорівнює добутку маси газів, що відкидаються в одну секунду на відносну швидкість. Якщо швидкість вимірювати в метрах на секунду, а масу секундної витрати через вагу частинок у кілограмах, розділених на прискорення сили тяжіння, то реактивна сила виходитиме у кілограмах.
У деяких випадках для спалювання пального в камері реактивного двигуна доводиться забирати повітря з атмосфери. Тоді в процесі руху реактивного апарату відбувається приєднання частинок повітря та викидання нагрітих газів. Ми отримуємо так званий повітряно-реактивний двигун. Найпростішим прикладом повітряно-реактивного двигуна буде звичайна трубка, відкрита з обох кінців, усередині якої розміщений вентилятор. Якщо змусити вентилятор працювати, то він засмоктуватиме повітря з одного кінця трубки і викидатиме його через інший кінець. Якщо в трубку, в простір за вентилятором, впорснути бензин і підпалити його, то швидкість гарячих газів, що виходять з трубки, буде значно більша, ніж вхідних, і трубка отримає тягу в бік, протилежний струменю газів, що викидаються з неї. Роблячи поперечний переріз трубки (радіус трубки) змінним, можна відповідним підбором цих перерізів по довжині трубки досягти дуже великих швидкостей закінчення газів, що викидаються. Щоб не возити з собою двигун для обертання вентилятора, можна змусити струмінь поточних газів по трубці обертати його з потрібним числом оборотів. Деякі труднощі виникатимуть лише під час запуску такого двигуна. Найпростіша схема повітряно-реактивного двигуна була запропонована ще 1887 року російським інженером Гешвендом. Ідея використання повітряно-реактивного двигуна для сучасних типів літаків була з великою ретельністю самостійно розроблена К. Е. Ціолковським. Він дав перші у світі розрахунки літака з повітряно-реактивним двигуном та турбокомпресорним гвинтовим двигуном. На рис. 5 дана схема прямоточного повітряно-реактивного двигуна, у якого рух частинок повітря по осі труби створюється за рахунок початкової швидкості, отриманої ракетою від будь-якого іншого двигуна, а подальший рух підтримується за рахунок реактивної сили, обумовленої збільшеною швидкістю відкидання частинок порівняно зі швидкістю вхідних частинок.

Мал. 5. Схема прямоточного повітряно-
реактивного двигуна

Енергія руху повітряного реактивного двигуна виходить за рахунок спалювання пального, як і в простій ракеті. Таким чином, джерелом руху будь-якого реактивного апарату є запасена в цьому апараті енергія, яку можна перетворити на механічне рух викидаються з апарату з великою швидкістю частинок речовини. Як тільки буде створено викидання таких частинок з апарату, він отримує рух у бік, протилежний струменю частинок, що вивергаються.
Спрямований відповідним чином струмінь частинок, що викидаються - основне в конструкціях всіх реактивних апаратів. Методи отримання потужних потоків часток, що вивергаються, дуже різноманітні. Проблема отримання потоків частинок, що відкидаються, найпростішим і найбільш економічним способом, розробка методів регулювання таких потоків - важливе завдання винахідників і конструкторів.
Якщо розглянути рух найпростішої ракети, легко зрозуміти, що її вага змінюється, оскільки частина маси ракети згоряє і відкидається з часом. Ракета є тіло змінної маси. Теорія руху тіл змінної маси створена наприкінці ХІХ століття в Росії І. У. Мещерським і До. Еге. Ціолковським.
Чудові роботи Мещерського та Ціолковського чудово доповнюють одна одну. Вивчення прямолінійних рухів ракет, проведене Ціолковським, суттєво збагатило теорію руху тіл змінної маси завдяки постановці абсолютно нових проблем. На жаль, роботи Мещерського були відомі Ціолковському, і він часом повторював у своїх роботах більш ранні результати Мещерського.
Вивчення руху реактивних апаратів становить великі труднощі, оскільки під час руху вага будь-якого реактивного апарату значно змінюється. Вже зараз існують ракети, у яких під час роботи двигуна вага зменшується у 8-10 разів. Зміна ваги ракети в процесі руху не дозволяє використовувати безпосередньо формули і висновки, які отримані в класичній механіці, що є теоретичною базою розрахунків руху тіл, вага яких постійна під час руху.
Відомо також, що в тих завданнях техніки, де відбувалося мати справу з рухом тіл змінної ваги (наприклад, у літаків з великими запасами пального), завжди передбачалося, що траєкторію руху можна розділити на ділянки і вважати на кожній окремій ділянці вага тіла, що рухається постійним. Таким прийомом важке завдання вивчення руху тіла змінної маси заміняли простішим і вже вивченим завданням про рух тіла постійної маси. Вивчення руху ракет як тіл змінної маси було поставлено на твердий науковий ґрунт К. Е. Ціолковським. Ми називаємо тепер теорію польоту ракет ракетодинамікою. Ціолковський є основоположником сучасної ракетодинаміки. Опубліковані праці К. Е. Ціолковського з ракетодинаміки дозволяють встановити послідовний розвиток його ідей у ​​цій новій галузі людського знання. Які ж основні закони, які керують рухом тіл змінної маси? Як розраховувати швидкість польоту реактивного апарату? Як знайти висоту польоту ракети, випущеної вертикально? Як вибратися на реактивному приладі за межі атмосфери – пробити «панцир» атмосфери? Як подолати тяжіння землі – пробити «панцир» тяжіння? Ось деякі з питань, розглянутих та вирішених Ціолковським.
На наш погляд, найдорожчою ідеєю Ціолковського в теорії ракет є додавання до класичної механіки Ньютона нового розділу - механіки тіл змінної маси. Зробити підвладною людському розуму нову велику групу явищ, пояснити те, що бачили багато хто, але не розуміли, дати людству нову потужну зброю технічних перетворень – ось ті завдання, які ставив перед собою геніальний Ціолковський. Весь талант дослідника, вся оригінальність, творча самобутність та надзвичайний зліт фантазії з особливою силою та продуктивністю виявились у його роботах з реактивного руху. Він на десятиліття наперед передбачив шляхи розвитку реактивних апаратів. Він розглянув ті зміни, яким мала зазнати звичайна феєрверкова ракета, щоб стати потужним знаряддям технічного прогресу в новій галузі людського знання.
В одній зі своїх робіт (1911 р.) Ціолковський висловив глибоку думку про найпростіші застосування ракет, які були відомі людям дуже давно: «Такі жалюгідні реактивні явища ми зазвичай і спостерігаємо на землі. Ось чому вони нікого не могли заохотити до мрій та досліджень. Тільки розум і наука могли вказати на перетворення цих явищ на грандіозні, майже незбагненні почуття».

Ціолковський за роботою

При польоті ракети на порівняно невеликих висотах на неї діятимуть три основні сили: сила тяжіння (сила ньютоновського тяжіння), аеродинамічна сила, обумовлена ​​наявністю атмосфери (зазвичай цю силу розкладають на дві: підйомну і лобового опору), і реактивна сила, обумовлена ​​процесом частинок із сопла реактивного двигуна. Якщо зважати на всі зазначені сили, то завдання вивчення руху ракети виходить досить складним. Природно тому розпочати теорію польоту ракети з найпростіших випадків, коли деякі з сил можна знехтувати. Ціолковський у своїй роботі 1903 року, перш за все, досліджував, які можливості містить у собі реактивний принцип створення механічного руху, не враховуючи дії аеродинамічної сили та сили тяжіння. Такий випадок руху ракети може бути при міжзоряних перельотах, коли силами тяжіння планет сонячної системи та зірок можна знехтувати (ракета знаходиться досить далеко і від сонячної системи та від зірок – у «вільному просторі» за термінологією Ціолковського). Це завдання називають зараз першим завданням Ціолковського. Рух ракети у разі обумовлено лише реактивної силою. При математичному формулюванні завдання Ціолковський вводить припущення про сталість відносної швидкості відкидання частинок. При польоті в порожнечі це припущення означає, що реактивний двигун працює при режимі, що встановився, і швидкості витікаючих частинок у вихідному перерізі сопла не залежать від закону руху ракети.
Ось як доводить цю гіпотезу Костянтин Едуардович у своїй роботі «Дослідження світових просторів реактивними приладами»: «Щоб снаряд отримав найбільшу швидкість, треба, щоб кожна частка продуктів горіння або іншого покидька отримала найбільшу відносну швидкість. Вона ж стала для певних речовин покидька. …Економія енергії тут не повинна мати місця: вона неможлива та невигідна. Інакше кажучи: основою теорії ракети треба прийняти постійну відносну швидкість частинок покидька».
Ціолковський складає та докладно досліджує рівняння руху ракети при постійній швидкості частинок покидьку та отримує дуже важливий математичний результат, відомий зараз як формула Ціолковського.
З формули Ціолковського для максимальної швидкості випливає, що:
а). Швидкість руху ракети в кінці роботи двигуна (наприкінці активної ділянки польоту) буде тим більша, чим більша відносна швидкість частинок, що відкидаються. Якщо відносна швидкість закінчення подвоюється, то швидкість ракети зростає вдвічі.
б). Швидкість ракети в кінці активної ділянки зростає, якщо збільшується відношення початкової маси (ваги) ракети до маси (ваги) ракети в кінці горіння. Однак тут залежність складніша, вона дається наступною теоремою Ціолковського:
«Коли маса ракети плюс маса вибухових речовин, що є в реактивному приладі, зростає в геометричній прогресії, то швидкість ракети збільшується в арифметичній прогресії». Цей закон можна висловити двома рядами чисел.
«Припустимо, наприклад, - пише Ціолковський, - що маса ракети та вибухових речовин становить 8 одиниць. Я відкидаю чотири одиниці та отримую швидкість, яку ми приймемо за одиницю. Потім я відкидаю дві одиниці вибухового матеріалу та отримую ще одиницю швидкості; нарешті відкидаю останню одиницю маси вибухових речовин та отримую ще одиницю швидкості; всього 3 одиниці швидкості». З теореми і пояснень Ціолковського видно, що швидкість ракети далеко не пропорційна масі, вибухового матеріалу: вона росте дуже повільно, але безмежно.
З формули Ціолковського випливає дуже важливий практичний результат: для отримання можливо більших швидкостей ракети в кінці роботи двигуна потрібно збільшувати відносні швидкості частинок, що відкидаються, і збільшувати відносний запас палива.
Слід зауважити, що збільшення відносних швидкостей закінчення часток вимагає вдосконалення реактивного двигуна і розумного вибору складових частин (компонентів) палив, що застосовуються. Другий шлях, пов'язаний із збільшенням відносного запасу палива, вимагає значного поліпшення (полегшення) конструкції корпусу ракети, допоміжних механізмів та приладів керування польотом.
Суворий математичний аналіз, проведений Ціолковським, виявив основні закономірності руху ракет і надав можливість кількісної оцінки досконалості реальних конструкцій ракет.
Проста формула Ціолковського дозволяє шляхом елементарних обчислень встановлювати виконання того чи іншого завдання.
Формулою Ціолковського можна користуватися для наближених оцінок швидкості ракети в тих випадках, коли аеродинамічна сила і сила тяжкості порівняно невеликі по відношенню до реактивної сили. Подібні завдання виникають для порохових ракет з невеликими часами горіння і великими секундними витратами. Реактивна сила таких порохових ракет перевищує силу тяжкості в 40-120 разів і силу лобового опору в 20-60 разів. Максимальна швидкість такої порохової ракети, підрахована за формулою Ціолковського, відрізнятиметься від істинної на 1-4%; така точність визначення льотних показників на початкових стадіях проектування цілком достатня.
Формула Ціолковського дозволила кількісно оцінити максимальні можливості реактивного способу руху. Після роботи Ціолковського 1903 почалася нова епоха розвитку ракетної техніки. Ця епоха знаменується тим, що льотні характеристики ракет можна заздалегідь визначити шляхом обчислень, отже з роботи Ціолковського починається створення наукового проектування ракет. Передбачення К. І. Константинова - конструктора порохових ракет ХІХ століття - про можливість створення нової науки - балістики ракет (або ракетодинаміки) - отримало реальне здійснення у роботах Ціолковського.
Наприкінці XIX століття Ціолковський відродив науково-технічні дослідження з ракетної техніки в Росії і надалі запропонував велику кількість оригінальних схем конструкцій ракет. Істотно новим кроком у розвитку ракетної техніки були розроблені Ціолковськими схеми ракет дальньої дії та ракет для міжпланетних подорожей з реактивними двигунами на рідкому паливі. До робіт Ціолковського досліджувалися і пропонувалися на вирішення різних завдань ракети з пороховими реактивними двигунами.
Застосування рідкого палива (пального та окислювача) дозволяє дати дуже раціональну конструкцію рідинного реактивного двигуна з тонкими стінками, що охолоджуються пальним (або окислювачем), легкого та надійного в роботі. Для ракет великих розмірів таке рішення було єдино прийнятним.
Ракета 1903 року. Перший тип ракети дальньої дії був описаний Ціолковським у його роботі «Дослідження світових просторів реактивними приладами», опублікованій у 1903 році. Ракета являє собою довгасту металеву камеру, дуже схожу формою на дирижабль або велике веретено. «Уявимо собі, - пише Ціолковський, - такий снаряд: довгаста металева камера (форми найменшого, опору), з світлом, киснем, поглиначами вуглекислоти, міазмів та інших тварин виділень, призначена не тільки для зберігання різних фізичних приладів, але і для людини, керуючого камерою ... Камера має великий запас речовин, які при своєму змішанні відразу ж утворюють вибухову масу. Речовини ці, правильно і ... рівномірно вибухаючи в певному для того місці, течуть у вигляді гарячих газів по трубах, що розширюються до кінця на зразок рупора або духового музичного інструменту ... В одному вузькому кінці труби відбувається змішання вибухових речовин: тут виходять згущені і полум'яні гази. В іншому розширеному її кінці вони, сильно розрідившись і охолодившись від цього, вириваються назовні через розтруби з величезною відносною швидкістю».
На рис. 6 показані обсяги, що займаються рідким воднем (пальне) і рідким киснем (окислювач). Місце їхнього змішання (камера згоряння) позначено на рис. 6 літерою А. Стінки сопла оточені кожухом з охолоджувальною рідиною, що швидко циркулює в ньому (одним з компонентів палива).

Мал. 6. Ракета К. Е. Ціолковського - проект 1903 року
(З прямою дюзою). Креслення К. Е. Ціолковського

Для керування польотом ракети у верхніх розріджених шарах атмосфери Ціолковський рекомендував два способи: графітові керма, що містяться в струмені газів поблизу зрізу сопла реактивного двигуна, або повертання кінця розтруба (повертання сопла двигуна). Обидва прийоми дозволяють відхиляти напрям струменя гарячих газів від осі ракети і створювати силу перпендикулярну напрямку польоту (керуючу силу). Слід зазначити, що зазначені пропозиції Ціолковського знайшли широке застосування та розвиток у сучасній ракетній техніці. Усі відомі нам із іноземного друку рідинні реактивні двигуни сконструйовані з примусовим охолодженням стінок камери та сопла одним із компонентів палива. Таке охолодження дозволяє робити стінки досить тонкими і витримують високі температури (до 3500-4000 °) протягом декількох хвилин. Без охолодження такі камери прогоряють за 2-3 секунди.
Газові керма, запропоновані Ціолковським, застосовуються керувати польотом ракет різних класів там. Якщо реактивна сила, що розвивається двигуном, перевищує силу тяжкості ракети в 1,5-3 рази, то в перші секунди польоту, коли швидкість ракети невелика, повітряні керма будуть неефективними навіть у щільних шарах атмосфери і правильний політ ракети забезпечують за допомогою газових кермів. Зазвичай в струмінь реактивного двигуна поміщають чотири графітові керма, що розташовуються у двох взаємно-перпендикулярних площинах. Відхилення однієї пари дозволяє змінювати напрямок польоту у вертикальній площині, а відхилення другої пари змінює напрямок польоту у горизонтальній площині. Отже, дія газових кермів аналогічна дії кермів висоти та напрямки у літака або планера, що змінюють кут тангажу та курсу при польоті. Щоб ракета не оберталася навколо власної осі, одна пара газових кермів може відхилятися у різні боки; в цьому випадку їхня дія аналогічна дії елеронів у літака.
Газові керма, що містяться в струмені гарячих газів, зменшують реактивну силу, тому при порівняно великому часі роботи реактивного двигуна (більше 2-3 хвилин) іноді виявляється більш вигідним або повертати відповідним автоматом весь двигун, або ставити на ракету додаткові (меншого розміру) двигуни, що повертаються. які служать для управління польотом ракети.
Ракета 1914 року. Зовнішні обриси ракети 1914 близькі до обрисів ракети 1903, але пристрій вибухової труби (т. Е. Сопла) реактивного двигуна ускладнено. Як паливо Ціолковський рекомендує використовувати вуглеводні (наприклад, гас, бензин). Ось як описується пристрій цієї ракети (рис. 7): «Ліва задня кормова частина ракети і двох камер, розділених не позначеної на кресленні перегородкою. Перша камера містить рідкий кисень, що вільно випаровується. Він має дуже низьку температуру і оточує частину вибухової труби та інші деталі, схильні до високої температури. Інше відділення містить вуглеводні в рідкому вигляді. Дві чорні точки внизу (майже посередині) означають поперечний переріз труб, що доставляють вибухової труби вибухові матеріали. Від гирла вибухової труби (див. навколо двох точок) відходять дві гілки з газами, що швидко мчать, які захоплюють і вштовхують рідкі елементи підривання в гирлі, подібно до інжектора Жиффара або пароструминного насоса». …Зривна труба робить кілька оборотів уздовж ракети паралельно її поздовжньої осі і потім кілька оборотів перпендикулярно до цієї осі. Мета – зменшити вертлявість ракети або полегшити її керованість».

Мал. 7. Ракета К. Е. Ціолковського - проект 1914 року
(З кривою дюзою). Креслення К. Е. Ціолковського

У цій схемі ракети зовнішня оболонка корпусу може охолоджуватися рідким киснем. Ціолковський добре розумів труднощі повернення ракети з космічного простору на землю, маючи на увазі, що при великих швидкостях польоту в щільних шарах атмосфери ракета може згоріти або руйнуватися подібно до метеориту.
У носовій частині ракети Ціолковський має в своєму розпорядженні: запас газів, необхідних для дихання та підтримки нормальної життєдіяльності пасажирів; пристрої для збереження живих істот від великих перевантажень, що виникають при прискореному (або уповільненому) русі ракети; пристрої для управління польотом; запаси їжі та води; речовини, що поглинають вуглекислий газ, міазми та взагалі всі шкідливі продукти дихання.
Дуже цікава ідея Ціолковського про запобігання живим істотам і людині від великих перевантажень («посиленої тяжкості» - за термінологією Ціолковського) за допомогою занурення їх у рідину рівної щільності. Вперше ця ідея зустрічається у роботі Ціолковського 1891 року. Ось короткий опис простого досвіду, який переконує нас у правильності пропозиції Ціолковського для однорідних тіл (тіл однакової густини). Візьмемо ніжну воскову фігуру, яка ледь витримує власну вагу. Наллємо в міцну посудину рідину такої ж густини, як і віск, і зануримо в цю рідину фігуру. Тепер за допомогою відцентрової машини викличемо перевантаження, що перевищує силу важкості у багато разів. Посудина, якщо недостатньо міцна, може зруйнуватися, але воскова фігура в рідині зберігатиметься цілою. «Природа давно користується цим прийомом, - пише Ціолковський, - занурюючи зародок тварин, їхні мізки та інші слабкі частини рідини. Так вона оберігає їх від усіляких ушкоджень. Людина ж поки що мало використовувала цю думку».
Слід зазначити, що для тіл, щільність яких різна (тіла неоднорідні), вплив навантаження все одно виявлятиметься і при зануренні тіла в рідину. Так, якщо у воскову фігуру закласти свинцеві дробинки, то при великих перевантаженнях всі вони вилізуть з воскової фігури в рідину. Але, мабуть, безперечно, що в рідині людина зможе витримати більші навантаження, ніж, наприклад, у спеціальному кріслі.
Ракета 1915 року. У книжці Перельмана «Міжпланетні подорожі», виданої 1915 року у Петрограді, вміщено креслення та опис ракети, виконані Ціолковським.
«Труба А і камера з міцного тугоплавкого металу покриті всередині ще більш тугоплавким матеріалом, наприклад вольфрамом. С і Д - насоси, що накачують рідкий кисень та водень у камеру підривання. Ракета має ще другу тугоплавку зовнішню оболонку. Між обома оболонками є проміжок, в який спрямовується рідкий кисень, що випаровується, у вигляді дуже холодного газу, він перешкоджає надмірному нагріванню обох оболонок від тертя при швидкому русі ракети в атмосфері. Рідкий кисень і той самий водень розділені друг від друга непроникною оболонкою (не зображеної на рис. 8). Е - труба, що відводить випарений холодний кисень у проміжок між двома оболонками, він витікає назовні через отвір К. Отвор труби має (не зображений на рис. 8) кермо з двох взаємно-перпендикулярних площин для управління ракетою. Розріджені й охолоджені гази, що вириваються, завдяки цим кермам змінюють напрямок свого руху і, таким чином, повертають ракету».

Мал. 8. Ракета К. Е. Ціолковського - проект 1915 року.
Креслення К. Е. Ціолковського

Складові ракети. У роботах Ціолковського, присвячених складовим ракетам, або ракетним поїздам, не дано креслень із загальними видами конструкцій, але за наведеними в роботах описами можна стверджувати, що Ціолковський пропонував до здійснення два типи ракетних поїздів. Перший тип поїзда подібний до залізничного, коли паровоз штовхає потяг ззаду. Уявімо чотири ракети, зчеплені послідовно одна з одною (рис. 9). Такий поїзд штовхається спочатку нижньою - хвостовою ракетою (працює двигун першого ступеня). Після використання запасів палива ракета відчіплюється і падає на землю. Далі починає працювати двигун другої ракети, яка для поїзда з трьох ракет, що залишилися, є хвостовою штовхаючою. Після повного використання палива другої ракети вона також відчіпляється і т. д. Остання, четверта, ракета починає використовувати наявний у ній запас палива, вже маючи досить високу швидкість, отриману від роботи двигунів перших трьох щаблів.

Мал. 9. Схема чотириступінчастої
ракети (потяги) К. Е. Ціолковського

Ціолковський довів розрахунками найвигідніший розподіл ваг окремих ракет, що входять до поїзда.
Другий тип складової ракети, запропонованої Ціолковським у 1935 році, названий ним ескадрильєю ракет. Уявіть собі, що в політ вирушило 8 ракет, скріплених паралельно, як скріплюються колоди плоту на річці. При старті усі вісім реактивних двигунів починають працювати одночасно. Коли кожна з восьми ракет витратить половину запасу палива, тоді 4 ракети (наприклад, дві праворуч і дві зліва) переллють свій невитрачений запас палива в напівпорожні ємності 4 ракет, що залишаються, і відокремляться від ескадрильї. Подальший політ продовжують 4 ракети із повністю заправленими баками. Коли 4 ракети, що залишилися, витратять кожна половину наявного запасу палива, тоді 2 ракети (одна справа і одна зліва) переллють своє паливо в дві ракети, що залишаються, і відокремляться від ескадрильї. Політ продовжать 2 ракети. Витративши половину свого палива, одна з ракет ескадрильї переллє половину в ракету, призначену для досягнення мети подорожі. Перевага ескадрильї у тому, що це ракети однакові. Переливання компонентів палива в польоті є хоч і важким, але цілком технічно вирішуваним завданням.
Створення розумної конструкції ракетного поїзда є однією з найактуальніших проблем нині.

Ціолковський за роботою у саду.
Kалуга, 1932 р.

В останні роки свого життя К. Е. Ціолковський багато працював над створенням теорії польоту реактивних літаків його статті "Реактивний аероплан"(1930 р.) докладно з'ясовуються переваги та недоліки реактивного літака порівняно з літаком, з повітряним гвинтом. Вказуючи на великі секундні витрати пального в реактивних двигунах як на один із найістотніших недоліків, Ціолковський пише: «…Наш реактивний аероплан збитковіший за звичайний у п'ять разів. Але він летить вдвічі швидше там, де щільність атмосфери в 4 рази менше. Тут він буде збитковішим лише в 2,5 рази. Ще вище, де повітря у 25 разів рідше, він летить у п'ять разів швидше і вже використовує енергію так само успішно, як гвинтовий літак. На висоті, де середа у 100 разів рідша, його швидкість у 10 разів більша і він буде вигідніший за звичайний аероплан у 2 рази».

Ціолковський за обідом у родинному колі.
Kалуга, 1932 р.

Цю статтю Ціолковський закінчує чудовими словами, які показують глибоке розуміння законів техніки. «За ерою гвинтових аеропланів повинна слідувати ера аеропланів реактивних, або аеропланів стратосфери». Слід зазначити, що ці рядки написані за 10 років до того, як перший реактивний літак, збудований у Радянському Союзі, піднявся у повітря.
У статтях «Ракетоплан»і «Стратоплан напівреактивний»Ціолковський дає теорію руху літака з рідинним реактивним двигуном та докладно розвиває ідею турбокомпресорного гвинтового реактивного літака.

Костянтин Едуардович Ціолковський із онуками

Помер Ціолковський 19 вересня 1935 року. Вченого поховали в одному із найулюбленіших місць його відпочинку – міському парку. 24 листопада 1936 року над місцем поховання було відкрито обеліск (автори - архітектор Б. М. Дмитрієв, скульптори І. М. Бірюков та М. А. Муратов).

Пам'ятник К. Е. Ціолковському, поблизу обеліску
«Підкорювачам космосу» у Москві

Пам'ятник К. Е. Ціолковському у Боровську
(Скульптор С. Бичков)

1966 року, через 31 рік після смерті вченого, православний священик Олександр Мень звершив над могилою Ціолковського обряд відспівування.

К. Е. Ціолковський

Література:

1. К. Е. Ціолковський та проблеми розвитку науки і техніки [Текст] / відп.
2. Кисельов, А. Н. Підкорювачі космосу [Текст]/А. Н. Кисельов, М. Ф. Ребров. - М: Військове видавництво Міністерства оборони СРСР, 1971. - 366, с.: іл.
3. Костянтин Едуардович Ціолковський [Електронний ресурс] - Режим доступу: http://ua.wikipedia.org
4. Космонавтика [Текст]: енциклопедія / гол. ред. В. П. Глушко. - М., 1985.
5. Космонавтика СРСР [Текст]: зб. / Упоряд. Л. Н. Гільберг, А. А. Єрьоменко; гол. ред. Ю.А. Мозжорін. - М., 1986.
6. Космос. Зірки та планети. Космічні польоти. Реактивні літаки. Телебачення [Текст]: енциклопедія юного вченого. - М: РОСМЕН, 2000. - 133 с.: іл.
7. Муський, С. А. 100 великих чудес техніки [Текст]/С. А. Муський. – М.: Віче, 2005. – 432 с. - (100 великих).
8. Піонери ракетної техніки: Кібальчич, Ціолковський, Цандер, Кондратюк [Текст]: наукові праці. - М., 1959.
9. Рижов, К. В. 100 великих винаходів [Текст]/К. В. Рижов. – М.: Віче, 2001. – 528 с. - (100 великих).
10. Самін, Д. К. 100 великих наукових відкриттів [Текст]/Д. К. Самін. – М.: Віче, 2005. – 480 с. - (100 великих).
11. Самін, Д. К. 100 великих учений [Текст]/Д. К. Самін. – М.: Віче, 2000. – 592 с. - (100 великих).
12. Ціолковський, К. Е. Шлях до зірок [Текст]: зб. науково-фантастичних творів/К. Е. Ціолковський. - М: Вид-во АН СРСР, 1961. - 351, с.: іл.