РАБОТЫ ЦИОЛКОВСКОГО ПО АВИАЦИИ
Еще до переезда в Калугу, в 1891 году, при разработке вопроса о сопротивлении среды, Циолковский, переходя от отвлеченной проблемы давления несжимаемой жидкости на некоторую плоскость к вопросу о давлении воздушной среды на крыло птицы или летательного аппарата, написал весьма ценную работу «К вопросу о летании посредством крыльев» размером около двух печатных листов.
Н. Е. Жуковский, статья которого по вопросу о летании была опубликована всего лишь за год до этого, дал президиуму Московского общества любителей естествознания положительный отзыв о работе Циолковского:
«Сочинение г. Циолковского производит приятное впечатление, так как автор, пользуясь малыми средствами анализа и дешевыми экспериментами, пришел по большей части к верным результатам.
Хотя большинство этих результатов уже известно, но тем не менее оригинальные методы исследования, рассуждения и остроумные опыты автора не лишены интереса и, во всяком случае, характеризуют его, как талантливого исследователя... Рассуждения автора применительно к летанию птиц и насекомых верны и вполне совпадают с современными воззрениями на этот предмет»[55].
Первая часть рукописи была тогда же напечатана в Четвертом томе трудов Московского общества любителей естествознания под заголовком: «Давление жидкости на равномерно движущуюся в ней плоскость». Описанный в этой статье прибор для опытов по определению сопротивления воздуха был экспонирован профессором Жуковским в январе 1894 года на механической выставке в Москве.
Второй отрывок работы «Устройство летательного аппарата насекомых и птиц» удалось напечатать лишь через девятнадцать лет в журнале «Техника воздухоплавания». Полностью же интересная работа К. Э. Циолковского «К вопросу о летании посредством! крыльев» еще никогда не была напечатана и появится впервые в собрании его научных трудов, издаваемом Аэрофлотом.
К усердным занятиям вопросами прикладной аэродинамики Циолковского побуждали прежде всего следующие соображения.
Большинство его оппонентов из VII Воздухоплавательного отдела в своем отрицании возможности управления аэростатами исходили в первую очередь из предполагаемого лобового сопротивления корпуса дирижабля, наполненного газом. Это сопротивление казалось им огромным. Они противопоставляли конструкции дирижаблей более выгодное в этом отношении устройство летательного механизма птиц и насекомых. Подражание «аэропланам в природе» большинству из них представлялось лучшим средством для решения задачи летания человека. Фактически же они тормозили развитие воздухоплавания, игнорируя сказанные еще в 1880 году замечательные слова Д. И. Менделеева о том, что в воздухоплавании рабское подражание природе недопустимо и вредно.
В то время имелось еще далеко не ясное представление об истинной величине сопротивления воздуха движущимся в нем телам различной формы, равно как и о научно обоснованных методах определения этой величины. И те, кто утверждал, скажем, что дирижабль таких-то размеров будет иметь «огромное» сопротивление при продвижении его в воздухе, в сущности и сами не знали сколько-нибудь точно, о величине какого порядка здесь может итти речь.
С другой стороны, многочисленные планерные полеты Лилиенталя и его подражателей и последователей выдвинули новую важную проблему — исследование подъемной силы крыла, условий, при которых она возникает, ее величины. Словом, на очередь становились основные вопросы аэродинамики.
Чтобы перевести дело на действительно научную почву, Циолковский решил теперь, в развитие своих предшествующих работ, проанализировать вопрос, в первую очередь о «птицеподобных летательных машинах»[56].
Момент для исследований такого рода был весьма подходящий. В эти годы в развитии мировой авиации происходили важные события. 9 октября 1890 года француз Клеман Адер сделал попытку оторваться от земли на аппарате тяжелее воздуха — паровом аэроплане «Эол», структура крыльев которого была заимствована у летучей мыши. Размер крыльев «Эола» равнялся 14 метрам, поверхность их — 28 квадратным метрам; аппарат вместе с паровой машиной и котлом со спиртовой топкой весил 101 килограмм. Мощность его составляла 20 лошадиных сил. Крылья были складные. Адер продолжал свою деятельность и в последующие годы.
С 1891 года в Германии происходили полеты Отто Лилиенталя на планерах. Книга его «Полет птиц, как основа искусства летать», вышедшая в 1889 году и для многих явившаяся целым откровением, изучалась работниками нарождавшейся авиации с величайшим вниманием. Во Франции, Англии и США Лилиенталь уже нашел учеников и продолжателей своей отважной работы[57].
В Англии с 1894 года производил постройку своего огромного аэроплана Хайрам Максим, американец, принявший английское подданство и составивший себе состояние фабрикацией изобретенных им пулеметов.
Задуманный им самолет был для того времени неслыханной мощности и размеров. Лишь через восемнадцать лет в России самолеты Сикорского, типа «Илья Муромец», впервые превзошли этот английский самолет. Достаточно сказать, что сооружавшийся аэроплан имел общий вес в 3 624 килограмма, при ширине в 31,5 метра, максимальной длине 21,3 метра и высоте 10,6 метра. Пропеллеры приводились в движение двумя паровыми машинами, топливом для которых служил бензин. Каждая из них могла развивать мощность до 180 лошадиных сил. Однако аэроплан Максима оказался неспособным подняться на воздух.
В процессе проектирования своего воздушного корабля Максим создал целую лабораторию для производства всевозможных опытов и исследований, связанных с постройкой (в частности, он первый применил аэродинамическую трубу).
Для описываемого времени в отличие от предыдущего периода характерно, что крупный капиталист и делец рискнул вложить большие средства в сооружение самого большого в мире летательного аппарата, стремясь опередить своих конкурентов.
Самолет X. Максима (1894).
В дальнейшем X. Максим делал новые попытки приняться за фабрикацию аэропланов, и самое упорство «короля пулеметов» отчетливо показывает, насколько ясна была уже тогда для наиболее передовых и предприимчивых деятелей капиталистического мира огромная грядущая роль воздушных судов, в первую очередь военная.
Все это незамедлительно нашло свой отклик и по ту сторону океана — в Соединенных штатах Америки, ревниво следивших за всяким шагом старой Англии в деле овладения воздухом. Видный американский ученый С. П. Ланглей сумел добиться в соответствующих кругах отпуска средств на подготовку и выпуск своего обширного труда «Experiments in aerodynamics» («Опыты по аэродинамике»). Классический труд этот вышел в свет в 1891 году и явился большим событием в истории авиации.
Одновременно Ланглей разрабатывал также проект модели самолета. И уже явно в ответ на постройку самолета Максима правительство США ассигновало две крупные премии для изобретателей самолетов (согласно определенным техническим условиям) в 100 тысяч и 25 тысяч долларов.
В 1896 году Ланглей произвел на своем паровом аэроплане удачный полет в продолжение более минуты.
В России к этому времени вышла уже третья работа H. Е. Жуковского, посвященная вопросам летания[58], и уже несколько лет как был построен аэроплан морского инженера А. Ф. Можайского.
Аппарат Можайского монопланной конструкции с матерчатой обтяжкой крыльев был снабжен паровой машиной облегченного типа мощностью в 30 лошадиных сил. Площадь крыльев равнялась 37,3 квадратного метра. Общий вес аэроплана составлял 912 килограммов. При попытке совершить опытный полет аэроплан был сильно поврежден. К этому времени денежные средства изобретателя совершенно истощились. Однако никакой поддержки он не получил и был вынужден прекратить свои многообещающие работы.
Самолет бр. Райт (1903).
Таким образом, в своей работе, которую Циолковский писал в феврале 1894 года, он частично смог использовать и последние достижения пионеров авиации того периода.
Сопоставив и проанализировав все доступные ему материалы, Циолковский сумел тонко подметить основные тенденции в развитии нарождающейся авиации и дал на много лет вперед поразительно верный прогноз развития летательных аппаратов тяжелее воздуха.
Несмотря на то, что строившиеся тогда немногие опытные самолеты и более многочисленные их модели имели очень мало общего по своим формам с современными нам самолетами, изображенная Циолковским в его работе в 1895 году схема аэроплана ближе всего напоминает именно современный нам аэроплан.
Циолковский без колебаний указал на мотор внутреннего сгорания как на основной двигатель для авиации, придал фюзеляжу самолета обтекаемую форму, предусмотрел утолщенный профиль крыла, снабдил фюзеляж колесами, предложил автоматический жироскопический стабилизатор и т. д.
Словом, Циолковский, оторванный от русских и заграничных научно-технических центров, подошел к форме современного нам аэроплана несравненно ближе, чем все его современники в Англии, США и Франции. Более того, в этом отношении он далеко опередил и последующих конструкторов — братьев Райт, Блерио, Фармака, Сантос-Дюмона и других.
Разрабатывая проблемы аэродинамики, Циолковский убедился, что летание с помощью крыльев требует далеко не такой малой энергии, как казалось с первого взгляда. Это затем полностью подтвердилось на практике. «Вследствие этого,—писал он в дальнейшем, — меня опять стало клонить к аэростату». Циолковский пришел к заключению, что с точки зрения интересов воздушного транспорта наиболее рентабельным и экономическим воздушным судном все же будет дирижабль, при этом именно больших размеров —примерно на 600 пассажиров.
Циолковский не был одинок в этих выводах. Мы знаем, что подобных же взглядов придерживался и Менделеев. А три года спустя профессор Жуковский говорил в своей речи «О воздухоплавании» на X съезде естествоиспытателей и врачей:
Собственноручная схема самолета Циолковского (1895) с обложки брошюры «Защита аэроната» (1911).
«С увеличением размеров управляемого аэростата будет, при сохранении коэфициента транспорта, увеличиваться горизонтальная скорость, и потому такая машина, может быть, будет служить в будущем для транспорта пассажиров. Машина же более тяжелая, нежели воздух, даст нам, по нашему мнению, средство для быстрого полета одного или двух человек в любом направлении».
Свою работу, озаглавленную «Аэроплан, или птицеподобная летательная машина», Циолковский поместил в журнале «Наука и жизнь» за 1894 год (№ 43, 46), а отдельные оттиски выпустил небольшой книжкой.
Это новое и исключительно интересное для того времени исследование не нашло никакого отклика. Столетов, неизменно поддерживавший Циолковского, был тогда тяжело болен и вскоре скончался (1896), Жуковский находился в научной командировке за границей. Руководители же VII Отдела на этот раз просто замолчали книжку неугомонного школьного учителя, хотя она и касалась аэропланов, за которыми сами они только и признавали будущее. Но Циолковский не желал мириться с их «приговором» дирижаблям и даже в книжке об аэроплане не упустил случая указать на преимущества дирижабля для воздушного транспорта.
Замалчивание было новым средством борьбы руководства VII Отдела с Циолковским. Враждебное отношение к ученому особенно усилилось после того, как Циолковский доказал в печати наличие элементарной математической ошибки в научной работе одного из виднейших членов VII Отдела М. М. Поморцева.
Книга «Привязной, свободный и управляемый аэростаты», появившаяся в 1896 году, была написана крупным русским ученым Поморцевым специально для того, чтобы доказать неосновательность попыток создать управляемые аэростаты. Свои пессимистические для дирижаблей выводы автор основывал на решении уравнения, которым он определял наибольший диаметр поперечного сечения управляемого аэростата. Прекрасный математик и образованный военный инженер, Поморцев оказался крайне рассеянным человеком.
К. Э. Циолковский с дочерью (1899). Фотография А. В. Ассонова.
При решении своей формулы он совершил грубую ошибку, смешав диаметр окружности с ее радиусом и получив в результате для управляемого дирижабля фантастический объем в 2 миллиона кубических метров, что и должно было неопровержимо доказать всю неосновательность идеи дирижаблестроения.
Внимательно проверив подсчет, Циолковский открыл ошибку и легко доказал, что в действительности по формуле объем дирижабля равняется всего лишь 4 тысячам кубометров, что ничего неосуществимого собой не представляет.
Таким образом, в исправленном Циолковским виде выводы книжки служили отнюдь не к посрамлению идеи дирижаблестроения, а, наоборот, к ее подтверждению.
Циолковский, обнаружив ошибку, немедленно послал письмо в редакцию журнала «Технический вестник». М. М. Поморцеву пришлось пережить много неприятных минут, разъезжая на извозчике по Петербургу и собирая розданные по книжным магазинам «на комиссию» свои злосчастные книжки. Изъять их целиком, конечно, не удалось. Последовали достаточно неприятные объяснения с коллегами по VII Отделу. Все это еще более раздражило «казенных воздухоплавателей» в отношении Циолковского. Продолжалась тактика замалчивания его научных трудов, как бы правильны они ни были. Подобное отношение являлось, по признанию самого Константина Эдуардовича, наиболее тяжелым и оскорбительным для него из всего пережитого им в борьбе за свои идеи.
Циолковский решил обратиться за границу, где техника стояла на большей высоте и где, как он надеялся, к его предложениям должны были отнестись с большим вниманием.
В необходимости подобного шага особенно настойчиво убеждал ученого П. П. Каннинг. Друг Циолковского твердо верил в осуществимость цельнометаллического дирижабля (как впоследствии и межпланетной ракеты), притом не в будущем, а сегодня же. Нужно было, по его мнению, лишь найти людей, которые захотели бы вложить в это дело необходимые денежные средства.
Каннинг видел, правда, воочию, что не только реализация какого-либо проекта, но даже и печатание научных работ, на которое требовалось всего несколько десятков рублей, удавалось Циолковскому лишь после долгих мытарств и неудач, а напечатанные работы замалчивались и не находили отклика. Но это не смущало энтузиаста Каннинга. Он полагал, что все это происходило единственно от того, что Циолковскому не удавалось напасть на «настоящих деловых людей».
Для ознакомления заграничных научных кругов с трудами Циолковского решено было издать эскизные чертежи цельнометаллического дирижабля и его наиболее важных деталей, сопроводив соответствующим описанием. Чертежи помещались на отдельном большом листе хорошей бумаги формата газеты средней величины, а текст описания, по-русски и по-французски, на двойном листе такого же формата с заголовком:
«ЖЕЛЕЗНЫЙ УПРАВЛЯЕМЫЙ АЭРОСТАТ НА 200 ЧЕЛОВЕК, ДЛИНОЮ С БОЛЬШОЙ МОРСКОЙ ПАРОХОД, К. ЦИОЛКОВСКОГО»
(«Ballon dirigeable en fer, portant 200 hommes et ayant 210 mеtres de Iongueur. Par C. Tziolkovsky».)
В описании большое место было уделено истории проекта дирижабля и полемике с руководством VII Отдела. Текст заканчивался следующим «резюме»:
«Наш аэростат на 200 человек устроен из волнистой лампочной жести или из алюминия толщиною в 1 мм. Оболочка покрыта солидными и близко расположенными друг от друга цилиндрическими обручами, составляющими с ней одно целое. Несомненно, что волнистая жесть растягивается и изгибается гораздо больше, чем нужно, что всякий интересующийся может видеть у меня на дому. Воздухоплавательный отдел Имп. Русского технического общества находит весьма вероятным, что аэростаты со временем будут строить металлические.
Подражая Гираму Максиму, можно употребить двигатели в 50 раз более энергичные, чем принимаемые нами; запас подъемной силы позволяет еще увеличить их силу в 4 раза; всего сила двигателей может быть увеличена в 200 раз. Г-н Поморцев дает формулу, из которой вытекает полная управляемость аэростатов даже очень малых размеров (по объему — в 19 раз меньше моего). Аэростат может быть полезен не менее парохода и паровоза.
Хотя разум и говорит за аэростаты, однако, не скрою, что при построении их из металла на практике могут встретиться такие затруднения, которые я теперь решительно не вижу.
Итак, прошу вас, защитите истину».
Перевод был сделан Гончаровой. Она же перевела статью «Возможен ли металлический аэростат», а также часть второго выпуска книги «Аэростат металлический управляемый».
Переводы были отправлены во французскую Академию наук и различные другие научные учреждения, а также в редакции заграничных журналов и газет, в библиотеки и т. д.
Разумеется, вся эта наивная затея не дала ни малейшего эффекта, если не считать случайного упоминания имени Циолковского и его дирижабля года через два в одном из номеров французского журнала «Revue Scientifique» за 1897 год.
В статье, посвященной отправлению воздушного шара шведского инженера Андре на Северный полюс, говорилось, что если бы Андре ознакомился с книгой Циолковского (подразумевалась, очевидно, работа «Аэростат металлический управляемый»), то он никогда не предпринял бы своего рискованного полета. Самого же Циолковского ни одна из зарубежных научных организаций не удостоила даже ответом.