Этапы освоения космоса по циолковскому
159 лет назад, 17 сентября 1857 года, в селе Ижевском Рязанской губернии родился выдающийся русский ученый, исследователь и изобретатель Константин Эдуардович ЦИОЛКОВСКИЙ. Уже более века прошло с момента опубликования первых научных статей и научно-популярных произведений ЦИОЛКОВСКОГО, в которых он описал принципы космических полетов. Сегодня многие идеи Константина Эдуардовича нашли свое воплощение в современных ракетах-носителях, орбитальных станциях, скафандрах, системах жизнеобеспечения и др.
Широта творческой мысли ЦИОЛКОВСКОГО удивительным образом сочеталась с логической последовательностью и математической точностью суждений. Это был подлинный новатор в науке. Важные исследования ЦИОЛКОВСКОГО относятся к обоснованию теории реактивного движения. Вопреки существовавшему в последней четверти XIX и начале XX столетия научному мнению Константин Эдуардович создавал новую науку, определяющую законы движения ракет, и разрабатывал первые конструкции для покорения космического пространства реактивными аппаратами.
Константин Эдуардович ЦИОЛКОВСКИЙ обладал потрясающим трудолюбием и упорством в получении знаний. В 16 лет он приехал из Вятки, куда переехала его семья, в Москву поступать в Высшее техническое училище (сегодня это МГТУ им.Баумана), но по неизвестным причинам не поступил и решил продолжить образование самостоятельно. Ведя аскетичный образ жизни, молодой ЦИОЛКОВСКИЙ тратил все средства, присылаемые родными, на книги, ингредиенты и оборудование для различных опытов. «Я помню отлично, — написал ЦИОЛКОВСКИЙ в своей автобиографии, — что, кроме воды и черного хлеба, у меня тогда ничего не было. Каждые три дня я ходил в булочную и покупал там, на 9 копеек хлеба. Таким образом, я проживал 90 копеек в месяц… Все же я был счастлив своими идеями, и черный хлеб меня нисколько не огорчал».
Константин ЦИОЛКОВСКИЙ самостоятельно изучил физику, химию, математику, проводя целый день в единственной бесплатной в то время в Москве Чертковской библиотеке. Именно там он познакомился с Николаем ФЁДОРОВЫМ, основоположником философского направления – русского космизма. Позже ЦИОЛКОВСКИЙ признавал, что Николай Фёдорович заменил ему университетских профессоров. За основами точных и естественных наук пришло время дифференциального и интегрального исчисления, высшей алгебры, аналитической и сферической геометрии, астрономии, механики … За три года молодой Константин полностью освоил гимназическую программу и значительную часть университетской, но сильно подорвал свое здоровье.
По возвращению домой, в Вятку, Константин Эдуардович начал давать частные уроки физики и математики и проявил себя талантливым педагогом. Все свободное время ЦИОЛКОВСКИЙ проводил в мастерской и библиотеке. Затем был переезд в Рязань, получение свидетельства уездного учителя, работа в Боровске и женитьба. Константин продолжал совершенствоваться как педагог, занимался научными изысканиями и изобретательством. В 1887 году он представил в Москве доклад о металлическом дирижабле собственной конструкции. В своей квартире в Боровске ЦИОЛКОВСКИЙ устроил лабораторию, где ставил опыты.
Самая первая, но неопубликованная работа ЦИОЛКОВСКОГО «Графическое изображение ощущений» была посвящена механике в биологии. Затем была работа по кинетической теории газов, которая получила одобрение Менделеева. За научный труд «Механика животного организма ЦИОЛКОВСКОГО избирают членом физико-химического общества. В 26 лет Константин Эдуардович написал работу «Свободное пространство», в которой изучил механику движения тел без воздействия сил тяжести и сил сопротивления. А его конструкции металлического управляемого дирижабля, а впоследствии и цельнометаллического обтекаемого свободнонесущего моноплана с толстым изогнутым крылом стали крупнейшей заслугой ЦИОЛКОВСКОГО перед авиацией, хотя и не были оценены в свое время.
К.Э.ЦИОЛКОВСКИЙ был настоящим ученым-естествоиспытателем. Свои идеи он старался не только обосновать с научной точки зрения, но и проверить на практике. То он запускал воздушные шары с детьми, то мчался на коньках по льду, расправив парус… Обыватели смотрели на опыты ЦИОЛКОВСКОГО как на причуды чудака. Однако, мало кто мог в то время подумать, что идеи этого непонятого гения, фантазера и утописта предвидели многие важные открытия и изобретения ближайшего столетия.
В 1892 году Константин ЦИОЛКОВСКИЙ был переведен в Калугу для работы в уездном училище. Именно в этом городе Константин Эдуардович написал свои труды по теории реактивного движения, космонавтике, космической биологии и медицине. Изучение аэродинамических свойств различных тел и возможных схем воздушных летательных аппаратов привело ЦИОЛКОВСКОГО к размышлениям о вариантах полёта в безвоздушном пространстве и о покорении космоса. В 1895 году была опубликована его книга «Грезы о земле и небе», а через год вышла статья о других мирах, разумных существах с других планет и об общении землян с ними. В том же, 1896 году Константин Эдуардович приступил к написанию своего главного труда «Исследование мировых пространств реактивными приборами». В этом тексте была затронута тема использования ракет в космосе.
Затем были тяжелые годы начала века: семейная драма, наводнение, уничтожившее уникальные расчёты и экспонаты, арест и допрос на Лубянке, забвение. Лишь в 1923 году, после публикации немецкого ученого Германа Оберта о космических полетах и ракетных двигателях о ЦИОЛКОВСКОМ вспомнили. Ему была назначена пожизненная пенсия за заслуги перед наукой и созданы условия для плодотворной работы. А разработки Константина Эдуардовича стали интересны государству. Умер К.Э.ЦИОЛКОВСКИЙ 19 сентября 1935 года в Калуге.
Одним из самых великих технических и научных достижений является создание технологий покорения космоса. Гениальный русский ученый Константин ЦИОЛКОВСКИЙ стал одним из родоначальников современной космонавтики. Его идеи «космического поезда», теории реактивного движения и ракетодинамики, описание принципиальных конструкций ракетных двигателей, математические обоснования и расчеты легли в основу знаний и технологий, которые позволили человечеству выйти на орбиту Земли.
Источник
Этапы освоения космоса по циолковскому
Название работы: Основные этапы освоения космоса. Жизненный путь и научная деятельность К.Э. Циолковского
Предметная область: Астрономия и авиация
Описание: Основные этапы освоения космоса. Жизненный путь и научная деятельность К.Э. Циолковского Крупные успехи современной тяжелой авиации всецело связаны с использованием реактивного двигателя. Он основан на принципе движения ракеты т.е. противодействии силе термической р
Дата добавления: 2013-03-21
Размер файла: 34 KB
Работу скачали: 9 чел.
Основные этапы освоения космоса. Жизненный путь и научная деятельность К. Э. Циолковского
Крупные успехи современной тяжелой авиации всецело связаны с использованием реактивного двигателя. Он основан на принципе движения ракеты, т.е. противодействии силе термической реакции. Примитивные пороховые ракеты впервые появились в Китае еще в XI в. Их перспективность в военном деле признавали многие ученые и изобретатели разного времени. Однако идея применения ракет в качестве двигателей космических кораблей родилась в России на рубеже XIX — XX вв. Ее автором был К. 3. Циолковский (1857-1935 гг.). Он появился на свет в многодетной семье лесничего, жившего в с. Ижевском под Рязанью. В десятилетнем возрасте будущий конструктор почти полностью оглох от перенесенной скарлатины. В такой ситуации ему пришлось оставить школу и заниматься самообразованием. Циолковский рано увлекся математикой, естественными науками, стал изобретать. Уже тогда им были изготовлены воздушный шар из папиросной бумаги, миниатюрный токарный станок, коляска, передвигающаяся при помощи ветра. В 1879 г. Циолковский сдал экзамен на звание народного учителя и был направлен преподавать математику в г. Боровск. В 1892 т. он переехал в Калугу, где до самой смерти занимался педагогической и научной деятельностью. Результатом последней стала одна из его главных работ «Исследование мировых пространств реактивными приборами», вышедшая в 1903 г. В ней ученому удалось обосновать основные принципы баллистики ракет и доказать преимущества жидкого топлива при их эксплуатации. Однако еще долгое время научный мир был не готов воспринять идеи основоположника космонавтики.
В годы гражданской войны в Советской России К. Э. Циолковский мог оказаться в концентрационном лагере по нелепому обвинению в содействии белому движению. К счастью, среди руководства страны нашлись люди, понимающие прогрессивное значение трудов ученого. В 1920-е гг. он получил возможность продолжить свою работу. Это время стало самым плодотворным в жизни Циолковского. Он рассчитал параметры трех космических скоростей, равных соответственно 8 , 11 и 16,5 км в сек. Однако для достижения хотя бы первой из них вес топлива должен был составить 95% массы запускаемого аппарата. В такой ситуации конструктор пришел к мысли о создании многоступенчатых ракет, своеобразных космических поездов. Эта идея стана поистине гениальной. Ее воплощение в жизнь дало возможность покорить космос будущим поколениям. Предвидя это, Циолковский проектирует скафандры, космические корабли и станции, разрабатывает теорию поэтапного освоения Солнечной системы. Еще при его жизни была создана Группа изучения ракетного движения, переименованная в 1933 г. в Реактивный научно-исследовательский институт, который возглавил другой выдающийся отечественный конструктор С. П. Королев.
Источник
Циолковский
Космические пророчества
« Невозможное сегодня станет возможным завтра» К. Э. Циолковский
Он предвидел ракеты, искусственные спутники, орбитальные станции и выход в открытый космос задолго до того, как они стали реальностью. Константин Циолковский — основоположник теоретической космонавтики. Мы изучили основные космические предсказания ученого и посчитали, сколько лет отделяло теорию от практики.
До Циолковского ракеты ассоциировались с двумя вещами: фейерверками и войной. Ученый впервые предложил взглянуть на них как на транспорт. Космическая ракета Циолковского — это пилотируемый аппарат с двигателем на жидком топливе и достаточно сложной системой управления и жизнеобеспечения.
« …в качестве исследователя атмосферы предлагаю реактивный прибор, то есть род ракеты, но ракеты грандиозной и особенным образом устроенной» К. Э. Циолковский
«Исследование мировых пространств реактивными приборами», 1903 год
В своих работах исследователь не только подробно описал теорию полета ракеты, но и перечислил ее преимущества перед альтернативным космическим транспортом, например гигантской пушкой (по мнению Циолковского, создание ракет было значительно дешевле).
Первое изображение «реактивного прибора» должно было появиться в журнале «Научное обозрение» еще в 1903 году, но чертеж не попал в печать и был опубликован только в 1962 году.
Схематический вид ракеты, 1902–1903 годы
На протяжении нескольких лет Циолковский дорабатывал внешний вид и конструкцию своих ракет.
Схема одиночной космической ракеты для полета человека в космос (конструктивная особенность — газовые рули)
«Исследование мировых пространств реактивными приборами», 1911–1912 годы
Например, до 1914 года камера сгорания — «взрывная труба» — имела коническую форму. В 1914 году Циолковский предложил «закрутить» ее для стабилизации ракеты во время полета. Но уже в 1926 году отказался от этой идеи, признав ее ошибочной.
«Исследование мировых пространств реактивными приборами» (дополнение к I и II частям труда того же названия), 1914 год
Первым практическим шагом к воплощению идей Циолковского стала ГИРД-09 — экспериментальная советская ракета на гибридном топливе. В 1933 году Группа исследователей реактивного движения запустила ее с подмосковного полигона в Нахабине. По характеристикам ракета сильно уступала современным: ее стартовая масса составляла 19 кг, а полет продлился 18 секунд, в течение которых ракета поднялась всего на 400 метров. Но даже такие результаты впечатлили Циолковского.
Ракета ГИРД-09 на гибридном топливе, 1933 год
В 1934 году один из создателей ракеты — конструктор Михаил Тихонравов — встретился с ученым в Калуге и показал ему снимки, сделанные во время испытаний. Это была одна из немногих прижизненных «встреч» Циолковского со своими идеями. Остальные космические замыслы исследователя были реализованы уже после его смерти в 1935 году.
« …только с момента применения реактивных приборов начнется новая, великая эра в астрономии — эпоха более пристального изучения неба» К. Э. Циолковский
«Исследование мировых пространств реактивными приборами», 1911–1912 годы
Несколько лет конструкторских работ превратили первые «реактивные приборы» в полноценные ракеты-носители. Мощность их двигателей уже позволяла человечеству «дотянуться» до орбиты и воплотить в жизнь другие идеи Циолковского. Например — запуск искусственного спутника Земли. Правда, в трудах ученого под «спутником» понимается не конкретное устройство, а скорее «статус» любого космического аппарата, выведенного на земную орбиту.
« …мы залетели за пределы атмосферы… Теперь мы подобны Луне, потому что превратились в спутник Земли» К. Э. Циолковский
«Грезы о Земле и небе и эффекты всемирного тяготения», 1895 год
В 1933 году Циолковский выступил научным консультантом фильма «Космический рейс». В ходе работы он создал для съемочной группы серию поясняющих иллюстраций, в том числе изображение спутника-ракеты. В подписях к эскизам он не только указал первую космическую скорость (около 8 км/с), но и достаточно точно определил время обращения спутника вокруг Земли — «около 5400 секунд» (1,5 часа).
«Альбом космических путешествий», 1933 год
4 октября 1957 года на орбиту был выведен первый советский «Простейший спутник-1». Один оборот вокруг Земли занял у него 1 час 36 минут 10 секунд. А это значит, что в своих расчетах Циолковский ошибся всего на несколько минут.
Первый искусственный спутник Земли ПС-1 , 1957 год
С другой стороны, ПС-1 был мало похож на то, что описывал ученый: он был слишком мал и не предполагал наличие пилота. Впрочем, первый космонавт не заставил себя долго ждать.
В своих ранних работах Циолковский не торопился с датой первого полета человека в космос. В его научно-фантастической повести «Вне Земли» (1918 год) люди отправились исследовать космическое пространство только в 2017 году. Тем не менее на протяжении многих лет Циолковский активно изучал теоретическую сторону пребывания человека в невесомости. Впервые этот вопрос был рассмотрен в статье «Свободное пространство», написанной еще в 1883 году. В дальнейшем работы ученого наполнялись подробностями.
« Все не прикрепленные к ракете предметы сошли со своих мест и висят в воздухе… Сами мы также не касаемся пола и принимаем любое положение и направление: стоим и на полу, и на потолке, и на стене» К. Э. Циолковский
«Исследование мировых пространств реактивными приборами», 1911–1912 годы
Циолковский перечислял способы передвижения в свободном пространстве, описывал воздействие невесомости на человека и на другие живые организмы, указывал оптимальную форму космического корабля, предупреждал об изменении восприятия и т. д.
«Альбом космических путешествий», 1933 год
12 апреля 1961 года Юрий Гагарин стал первым человеком, совершившим полет в космическое пространство. После возвращения на Землю он подчеркивал, что «в книге К. Э. Циолковского очень хорошо описаны факторы космического полета» и что ощущения, которые он испытал, практически не отличались от тех, что были предсказаны ученым.
Юрий Гагарин, 1961 год
Вскоре после полета Юрия Гагарина сбылось еще одно космическое предсказание Циолковского, названное им «Игры на привязи вокруг ракеты» и «Хоровод и человеческие гирлянды». Речь шла о выходе в безвоздушное пространство. В своих работах ученый нигде напрямую не называл подобную процедуру именно выходом в открытый космос. Тем не менее его тексты содержат несколько узнаваемых описаний.
« Были особые скафандры, которые надевались при выходе в пустое пространство и вхождении в чуждую нам атмосферу» К. Э. Циолковский
«Вне Земли», 1920 год
Так, Циолковский понимал, что космонавту нельзя выйти в безвоздушное пространство без скафандра и специальной подготовки: предварительно необходимо провести некоторое время в шлюзовой камере, чтобы выровнять давление.
«Альбом космических путешествий», 1933 год
Исследователь также подчеркивал, что в космосе нельзя находиться незакрепленным. На эскизах Циолковского присутствует прообраз специальных страховочных тросов (фалов), связывающих космонавтов с космическим кораблем.
«Альбом космических путешествий», 1933 год
« Оторвалась привязь — погиб товарищ. Он блуждает кругом Земли и жив, пока есть запас кислорода. Найти его трудно» К. Э. Циолковский
«Альбом космических путешествий», 1933 год
Первым человеком, реализовавшим идею Циолковского о выходе в безвоздушное пространство, стал Алексей Леонов. 18 марта 1965 года он успешно вышел в открытый космос и провел в нем 12 минут 9 секунд.
Алексей Леонов, 1965 год
Что характерно, практически все внеземные исследования, описанные Циолковским, проводятся на базе «космических жилищ», в которых угадываются орбитальные станции. Наиболее полно идея создания «эфирных поселений» отражена в повести «Вне Земли» (версия 1920 года). Но фрагментарные описания принципов работы и особенностей строения станций можно найти и во многих других работах Циолковского.
Ученый описывал станции нескольких типов: от простых, состоящих из одного обитаемого отделения, до сложных, представляющих собой связки из нескольких модулей.
« Эти жилища и все принадлежности для них должны доставляться ракетами с Земли в сложенном (компактном) виде, раскладываться и собираться в эфире по прибытии на место» К. Э. Циолковский
«Исследование мировых пространств реактивными приборами» (дополненное переиздание), 1926 год
Наименее реалистичной (и наиболее популярной в фантастических фильмах) оказалась концепция кольцеобразных «колоний-бубликов», вращающихся вокруг собственной оси. По замыслу Циолковского, при достаточно высокой скорости вращения центробежная сила смогла бы «заменить» привычную земную силу тяжести и создать внутри станции искусственную гравитацию.
« Представьте себе кольцеобразное жилище человека в виде скрученной кольцом колбасы. Если жилище закружим… как карусель, то вот вам и тяжесть» К. Э. Циолковский
«Альбом космических путешествий», 1933 год
Внешний вид космических станций, 1933 год
Зато идеи Циолковского по созданию простых («односоставных») и модульных орбитальных станций успешно воплотились: в 1971 году — при запуске орбитальной станции «Салют-1» , в 1986 году — при выводе на орбиту первой модульной станции «Мир».
Макет первой пилотируемой орбитальной станции «Салют-1» , 1971 год
Ученый также предлагал восполнять запасы кислорода на станции при помощи орбитальных оранжерей.
« Как земная атмосфера очищается растениями при помощи Солнца, так может возобновляться и наша искусственная атмосфера» К. Э. Циолковский
«Исследование мировых пространств реактивными приборами», 1911 год
Подобная практика не прижилась: сейчас для поддержания оптимального газового состава на орбитальных станциях используются сложные технические системы жизнеобеспечения. Но идея космической оранжереи все же была частично реализована в 1971 году на борту орбитальной станции «Салют-1» . Тогда в специальной установке «Оазис» была успешно выращена экспериментальная партия «космической» пекинской капусты.
«Альбом космических путешествий», 1933 год
Впрочем, с точки зрения Циолковского, орбитальные станции — это всего лишь промежуточный этап на пути к покорению дальнего космоса. В своих работах ученый подчеркивал, что человечеству следует стремиться к созданию «колоний звездолетов за земной атмосферой», «удалению от земной орбиты к астероидам» и «посещению планет иных солнечных систем». Сказать, что эта часть его предсказаний начала осуществляться, мы пока не можем: первые пилотируемые полеты на Марс запланированы только на 2030-е годы.
« Человечество не останется вечно на Земле, но, в погоне за светом и пространством, сначала робко проникнет за пределы атмосферы, а затем завоюет себе все околосолнечное пространство» К. Э. Циолковский (1857–1935)
В материале использованы фотографии: Фотохроники ТАСС (Марк Редькин, Владимир Базанов), кадры из фильмов «Гравитация», «Интерстеллар» (filmpro.ru), SOVFOTO/UIG VIA GETTY IMAGES, изображения из фондов Архива РАН, из книг «Рукописные материалы К. Э. Циолковского» ( Изд-во АН СССР, 1966 год), К. Э. Циолковский «Избранные труды» ( Изд-во АН СССР, 1962 год), из журнала «Земля и Вселенная» (№4, 2015 год).
Источники: Ракетно-космическая корпорация «Энергия» имени С. П. Королева. 1946–1996. Гл. ред. Ю. П. Семенов. — М.: Менонсовполиграф, 1996; Рукописные материалы К. Э. Циолковского. — М.: Изд-во АН СССР, 1966; К. Э. Циолковский Избранные труды. — М.: Изд-во АН СССР, 1962; К. Э. Циолковский Собрание сочинений. Том 2. Реактивные летательные аппараты. — М.: Изд-во АН СССР, 1954.
Редакторы: Кристина Недкова, Сабина Вахитова. Иллюстраторы: Анастасия Зотова, Александр Волков. Ведущий дизайнер: Антон Мизинов.
Источник