«Земля и Вселенная» 2002 №2, с. 76-85
Формула Циолковского Л.В. ГОЛОВАНОВ, вице-президент Российской академии космонавтики им. К.Э. Циолковского |
Имя К.Э. Циолковского и его жизнь овеяны легендами. С годами все труднее отделять в них зерна истины от плевел вымыслов и мифов. Отчего же так неоднозначно отношение к нему? Он огорчался, когда его называли изобретателем: "Да, кое-что я изобрел, но сводить все дело лишь к этому — значит не понимать сути главного, чему я служил". Споры о значении его наследия не утихают и по сей день. В противоречиях его творчества — противоречия эпохи.
Через год мировое научное общество будет отмечать столетие формулы Циолковского. Ведь появление в массовой печати самостоятельно выведенного калужским мечтателем основного уравнения движения ракеты, определяющего ее характеристическую скорость, знаменовало зарождение новой эры в истории естествознания и техники. Более того — новой эпохи в истории человечества. И к той и к другой ныне прилагается определение "космическая".
Сам автор и не думал, что представленное им уравнение будет носить его имя. Это предложил в начале 1930-х гг. коллектив первого в мире Ракетного научно-исследовательского института (после войны — НИИ-1 Минавиапрома). Сегодня некоторые не в меру здравомыслящие лица заявляют, что данное уравнение выведено до "отца космонавтики", а журналисты "как всегда" что-то напутали, и вообще "история с Циолковским" — сплошная мистификация. Заметим, что все это — больше дань претензиям отдельных лиц, добивающихся самоутверждения.
В наш век повсеместно возобладавших рыночных критериев и эпатажа стали модными разного рода ревизии исторических фактов, а поиск истины заменили субъективные суждения.
Не стоит, разумеется, впадать и в противоположную крайность — уподобляться оголтелым болельщикам за свою "команду" и гипертрофировать заслуги первооткрывателя. Неумеренность всегда чревата отрицательным результатом, а также "медвежьей услугой" тем, кто сего вовсе не заслужил.
Было время, когда К.Э. Циолковского, мягко говоря, не жаловали калужские обыватели. Затем неприятие в тех же кругах сменилось безудержной апологетикой. А ныне даже в столице объявляются "философы здравого смысла", силящиеся трезвостью своего ума возвыситься над дерзаниями духа.
Можно, разумеется, не замечать чьей-то оплошности, как не замечают нечаянно пролитого кофе, но невозможно обойти молчанием нарочитые действия — когда черный напиток демонстративно льют на белоснежную скатерть.
Вот что, например, пишет один из сотрудников Института истории естествознания и техники РАН: "О "блеске" этого человека (К.Э. Циолковского — Л.Г.), его величии и великолепии написаны буквально тома, и не нам было бы судить о его месте на страницах человеческой истории — времена и люди рано или поздно расставят все по своим местам, если бы мифы его и мифы о нем не ориентировали и саму космонавтику, и человечество вообще на ложное целеполагание".1 Нескрываемая ирония в названии книги и тексте... Уместна ли она? И о какой-такой "мифологии" идет речь?.. "Врач, да исцелися сам!" — говорили древние латиняне.
1 Салахутдинов Г.М. Блеск и нищета К.Э. Циолковского. М., АМИ, 2000, с. 5.
И еще, там же, в параграфе, посвященном формуле Циолковского: она-де не учитывает многого, автор использует ее "для расчетов каких-то экзотических, второстепенных режимов движения", а проблему потери скорости (и КПД двигателя) из-за аэродинамического сопротивления "прятал... намеренно не акцентировал на ней своего внимания, чтобы не потерять к его идее доверия (наивных, добавим. — Л.Г.) читателей", — и вообще... "все его (К.Э. Циолковского. — Л.Г.) идеи были вовсе не наукоемки и касались задач, находящихся на уровне почти бытовых знаний и мышления" (?!).
Нет возможности на страницах журнала процитировать и прокомментировать все необычное произведение — разбор занял бы объем, наверное, равновеликий ему. Однако нельзя и отмолчаться и не выступить в защиту чести и достоинства нашего великого соотечественника.
Прежде всего о знаменитой формуле. Ее научное и практическое значение сегодня вряд ли у кого-либо из ученых и инженеров (кроме автора названной книги) вызовут сомнение. По ней определяется максимальная скорость, которую может получить одноступенчатая ракета в идеальном случае, когда ее полет происходит не только вне пределов атмосферы, но и поля тяготения Земли. Обычно она записывается в виде
С помощью формул можно оценить возможности ракеты, которые обусловлены, в первую очередь, удельным импульсом ее реактивного двигателя и общим совершенством конструкции, определяющим оптимальное соотношение начальной и конечной масс.
К этой формуле К.Э. Циолковский пришел в 1896 г., но заявить в печати о ней удалось лишь в 1903 г. Почти одновременно формулу вывел и приват-доцент Петербургского политехнического института И.В. Мещерский, обнародовал ее в 1897 г. в работе "Динамика точки переменной массы". Но если первый связывал с нею решение практической задачи, то второй рассматривал сугубо теоретический аспект. Однако, как говорится, яблоки созревают в разных садах одновременно, когда приходит тому пора, — таков уж закон.
Впрочем, уравнение, подобное формуле Циолковского, выводили и раньше. Об этом написал в книге о Германе Оберте академик Б.В. Раушенбах (Земля и Вселенная, 1995, № 5), заметив, что сегодня эту формулу выведет любой студент технического вуза, — чего там журналисты подняли шум? И здесь ирония в подтексте. Сегодня и знаменитую формулу Галилея (уравнение качания маятника) старшеклассник выведет, да только в этом ли дело?
Формула Циолковского для определения скорости движения и массы ракеты. |
Глубокочтимый нами Б.В. Раушенбах (Земля и Вселенная, 2001, № 4) справедливо отмечает в своей книге: заслуга Циолковского не в формуле, а в том, что он первый увидел в ней возможность выхода человека в мировое пространство. Согласимся. Но при этом все же заметим, что сия справедливость неточна: Константин Эдуардович не от формулы шел в Космос, а наоборот — в поиске технических средств решения поставленной им практической задачи (космического полета). В этом суть принципиальной разницы заслуг провинциального учителя К.Э. Циолковского и столичного доцента И.В. Мещерского.
Наконец, коль скоро затронут вопрос о том, кто первым сказал "а", то уместно сослаться на мнение Д.И. Менделеева: "Справедливо считать творцом научной идеи того, кто не только признал философскую (т.е. общетеоретическую — Л.Г.), но и реальную сторону идеи, который сумел осветить вопрос так, что каждый может убедиться в его справедливости, и тем самым сделал идею всеобщим достоянием"... Под таким углом зрения приоритет К.Э. Циолковского совершенно очевиден.
Прав профессор А.А. Космодемьянский, заведовавший кафедрой теоретической механики Военно-воздушной инженерной академии им. Н.Е. Жуковского, увидев в формуле Циолковского начало теоретической ракетодинамики. Из уравнения следует весьма важный вывод: для получения возможно больших скоростей ракеты нужно в конце работы двигателя увеличивать относительные скорости отбрасываемых частиц и относительный запас топлива. Эта простая формула дает возможность оценить совершенство конструкций ракет. На ней, фактически, основано научное проектирование ракет, а также новая наука — баллистика ракет.2 И все же самое главное, пожалуй, не в этом.
Вспомним признание К.Э. Циолковского: "Многие думают, что я хлопочу о ракете и беспокоюсь о ее судьбе из-за самой ракеты. Это было бы глубочайшей ошибкой. Ракета для меня только способ, только метод проникновения в глубину Космоса, но отнюдь не самоцель. Не доросшие до такого понимания вещей люди говорят о том, чего не существует, что делает меня каким-то однобоким техником, а не мыслителем. Так думают, к сожалению, многие, кто говорит и пишет о ракетном корабле. Не спорю, очень важно иметь ракетные корабли, ибо они помогают человечеству расселиться по мировому пространству. И ради этого расселения я-то и хлопочу... Вся суть в переселении с Земли и в заселении Космоса. Надо идти навстречу, так сказать, космической философии!"3 Не только ракету в качестве космического корабля предложил К.Э. Циолковский человечеству, но — более того — развернутую, концептуально и технически обоснованную программу выхода в просторы Вселенной. Именно с распространением людей в Космосе он связывал дальнейшие этапы возвышения социальности человечества в целом, уровня его общественно-исторической и интеллектуальной зрелости. Все это им глубоко и всесторонне обдумано, научно взвешено и во многих деталях проработано.
2Космодемьянский А.А. Константин Эдуардович Циолковский. М„ 1987, с. 63-65.
3Чижевский А.Л. На берегу Вселенной. М, 1995, с. 118.
Пусть кое-что сегодня в его работах может показаться спорным, наивным и даже нелепым с высоты современной науки и практики, но мы погрешили бы против принципа научного историзма, если бы проекты столетней давности судили и мерили мерками сегодняшних достижений. И нас не должны смущать фантазии, увлечения, ошибки, заблуждения, а тем более несовершенства конкретных технических разработок тех лет. Сквозь них пробивались ростки гениальных идей мыслителя-бунтаря, дерзнувшего указать людям перспективу дальнейшего глобального развития. Поэтому неудивительно, что в его трудах мы находим даже результаты биологических и физиологических исследований и более совершенные, на его взгляд, способы организации общества, раздумья на этико-философские темы. Вспомним, что К.Э. Циолковский начинал как мыслитель. Его вступление в самостоятельную жизнь выпало на становление в России нового социально-исторического уклада. Общество еще находилось под впечатлением недавно отмененного крепостного права. Стремительно развивалось капиталистическое промышленное производство. Оно требовало новых технических средств и новых научных знаний. Успехи познания и практики способствовали обретению разночинной молодежью материалистического мировоззрения. Тому же способствовали и идеи революционных демократов. В естествознании, учил Д.И. Писарев, следует видеть великую демократическую миссию: "Человек, начинающий чувствовать себя властелином природы, не может оставаться рабом другого человека".4 Такого рода убеждениями проникся и юный Циолковский.
Событием московского периода его жизни явилось знакомство с удивительным библиотекарем Румянцевского музея Н.Ф. Федоровым (1828-1903), с его независимыми суждениями о мире и своеобразной философской системой, пронизанной, с одной стороны, мистикой, а с другой — социальным утопизмом. Например, в овладении природными стихиями, в обращении их на общую пользу видел он предназначенье человека, в научном и техническом прогрессе — исполнение Божьих заповедей. "В мировой деятельности всесословной сельской общины, — поучал Н.Ф. Федоров, — найдется приложение как для мирного труда, так и для беззаветной отваги, удали, жажды самопожертвования, желания новизны, приключений... Ширь Русской земли способствует образованию подобных характеров; наш простор служит переходом к простору небесного пространства, этого нового поприща для великого подвига"5.
Педагогические способности К.Э. Циолковского и хорошие отзывы о его занятиях помогли ему в выборе профессии. Свободное от учительских обязанностей время он всецело посвящал разнообразным естественнонаучным наблюдениям и техническим экспериментам, поиску ответов на вопросы, которые сам ставил перед собой. В науке он видел чрезвычайную, даже, так сказать, "осязательную хлебную важность". Такое убеждение органично сочеталось в нем с чувством долга, стремлением к добру. "Основной мотив моей жизни, — писал он в 1913 г., — сделать что-нибудь полезное для людей, не прожить даром жизнь, продвинуть человечество хоть немного вперед. Вот почему я интересовался тем, что не давало мне ни хлеба, ни силы, но я надеюсь, что мои работы, может быть, скоро, а может быть, и в отдаленном будущем, дадут обществу горы хлеба и бездну могущества".6
4Писарев Д.И. Сочинения, т. 2. М„ 1995, с. 304.
5Федоров Н.Ф. Сочинения. М., 1982, с. 358.
6Циолковский К.Э. Собр. соч., т. 4, с. 429.
В последнюю треть XIX в. в стране развернулось гигантское железнодорожное строительство. Оно способствовало распространению цивилизации, в нем виделось одно из важнейших средств укрепления государственности и положительного преобразования общества! К.Э. Циолковского увлекли поиски наиболее эффективных способов преодоления человеком пространства. В 1886 г. он подготовил труд "Теория и опыт аэростата". Такие корабли, считал он, будут полезнее пароходов и паровозов. С интересом он относился к птицеподобным летательным машинам с хвостовым "оперением", первым попытался рассчитать их летные характеристики.
Заботясь о быстроте наземных передвижений, К.Э. Циолковский пришел в 20-х гг. к смелому замыслу, получившему во второй половине XX в. не только признание, но и практическое воплощение в виде "бесколесного транспорта", опирающегося на воздушную "подушку". Трех "китов" дальнейшего глобального территориально-пространственного освоения людьми своей планеты увидел К.Э. Циолковский в относительно независимых, но взаимодополняющих друг друга средствах: цельнометаллическом управляемом аэростате (дирижабле), крылатом, удобооптекаемом летательном аппарате (аэроплане), вездеходе на воздушной подушке.
Это увязывалось с более общей, комплексной задачей — усовершенствованием всего жизненного уклада общества. Такого рода поиски невольно вели дальше: за эпохой глобальных транспортных коммуникаций на Земле непременно должна последовать эра внеземных сообщений. Космических путешествий! В 1883 г. К.Э. Циолковский пометил в своих записях, что "мир без тяжести" заслуживает весьма пристального внимания человечества и оно рано или поздно выйдет в Космос. Этот вопрос обрел для него фундаментальный смысл.
Свои теоретические выкладки и выводы (в том числе и знаменитую формулу) он оформил в виде статьи "Исследование мировых пространств реактивными приборами". Она увидела свет, несмотря на сопротивление цензуры, в майском выпуске журнала "Научное обозрение" (1903 г.).
В 1911 г. статьею заинтересовалось руководство журнала "Вестник воздухоплавания". В своем письме редактору К.Э. Циолковский пояснял общий дух своей работы: "Человечество не останется вечно на Земле, но, в погоне за светом и пространством, сначала робко проникнет за пределы атмосферы, а затем завоюет себе все околоземное пространство".7
Помимо теоретического утверждения осуществимости своей идеи, автор нарисовал картину старта ракеты и удаления ее от планеты, существования людей в полете, а также перспективу развития реактивных приборов. Особое внимание уделил ожидаемым перегрузкам на организм на начальном этапе полета, способам преодоления их, борьбе с невесомостью.
В организации системы искусственных спутников Земли, а затем межпланетных баз вокруг Солнца с использованием блуждающих в пространстве астероидов он видел возможность значительного расширения утилизации солнечной энергии и опору для дальнейшего распространения человечества в космическом пространстве. "Планета есть колыбель разума, — писал он, — но нельзя вечно жить в колыбели".8
7Космодемьянский А.А. Константин Эдуардович Циолковский. М, 1976, с. 186.
8Там же.
Схема ракеты К.Э. Циолковского. Рисунок ученого из его работы "Исследование мировых пространств реактивными приборами" (1903-26 гг.). |
Разумеется, нужно было подумать и об устройстве жилищ с искусственной атмосферой, о регулируемом кругообороте веществ, подобном тому, что мы имеем в нашем земном "мирке", об огородах, оранжереях и о прочем на искусственных "островах", созданных умом и волей их обитателей. Раздумья обо всем этом, подкрепляемые новыми вычислениями, не оставляли К.Э. Циолковского на протяжении всех последующих лет.
Размышляя о будущем Земли и человечества, он писал, что цель состоит не в полном преобразовании "массы" Земли, а в том, чтобы достигнуть совершенства и изгнать всякую возможность зла и страдания... Родная планета, по его мнению, необходима как опора, как базис для умножения и упрочения могущества человека в Солнечной системе. И он пытался разработать "этику космоса".
Человечество в результате экспансии "в эфире", считал К.Э. Циолковский, не должно поначалу рвать своих генетических нитей с планетой. "Пуповина" будет сохраняться — аппаратура, конструкционные материалы и изделия, продовольственные запасы и прочее продолжительное время должны поступать с Земли, но затем космические переселенцы постепенно укрепятся, достигнут большей самостоятельности, благоденствия, расширят границы своего распространения. Развитие получат космическая индустрия и сопутствующая ей инфраструктура. Об этом он убедительно говорил в "Целях звездоплавания" (1929 г.). В других работах К.Э. Циолковский описывал, как люди организуют свою жизнь вне Земли, с какими трудностями столкнутся, что нужно предусмотреть и от чего предостеречься. Его труды решительно приблизили человечество к Космосу, знаменуя качественно новый этап в эволюции вековых чаяний об овладении другими мирами — переход от прекраснодушных мечтаний к науке.
Реальность выхода человека в космос, впервые научно обоснованная К.Э. Циолковским, поставила в повестку дня ряд новых задач: организация промышленного и сельскохозяйственного производства вне Земли, всестороннее обживание околосолнечного пространства и т.д.
Под влиянием идей К.Э. Циолковского еще при его жизни у нас в стране и за рубежом подняли вопрос о возможности полета в Космос. Какой смысл большинство вкладывало в эти воображаемые путешествия? Чаще всего в них видели лишь способ расширения научных представлений о Мироздании и утоления сугубо прагматических интересов, извлечения конкретных выгод, подобных тем, что получают при освоении новых территорий и природных ресурсов на Земле.
Иначе смотрел К.Э. Циолковский: не узко потребительская утилизация небесных тел, не расчетливая колонизация внеземного пространства, а социализация Космоса — вот истинно вдохновляющая цель предвидимого будущего человечества.
Опираясь на данные современного ему естествознания и практический опыт, он разрабатывал план освоения Космоса, ставил в повестку дня и ряд новых социально-практических и философских вопросов, в решении которых активную роль призваны сыграть мыслящие существа будущего. В раздумьях об их судьбе в Космосе К.Э. Циолковский выходил на фундаментальные мировоззренческие проблемы, которыми были озабочены мыслители всех времен и народов.
Космическая станция К.Э. Циолковского. Реконструкция проекта 1896 г.
Характерной личной особенностью его была открытость сознания всем фактам и идеям, на которые только мог натолкнуться его беспокойный ум. В его голове подчас своеобразно перемешивались обобщения и образы западноевропейской и восточной культур, мысленно "моделировались" возможные ситуации. В своих черновых рукописях он полемизировал с самим собой, то утверждая, то отрицая подчас одни и те же положения, сталкивая их друг с другом. Над всем господствовал исповедуемый им принцип естественнонаучного монизма, исключающий дуализм духовного и телесного, а смысловым центром выступало представление о космичности жизни, о сродстве макрокосмоса и микрокосмоса. Функциональные характеристики жизнедеятельности включались в структуру физического миропорядка, причем природные процессы и явления обретали "смысл", "цель", "благость", а универсальными нормативными регуляторами бытия выступали императивы "космической этики".
Оригинальная система философских построений "апостола космизма" заслуживает специального и обстоятельного разбора. Но это выходит далеко за рамки настоящей статьи. Главное же, что хотелось бы здесь отметить, — единство его научных, технических и гуманитарных идейных устремлений. Он был убежден, что космическое расширение общества не только возможно, но и исторически необходимо, и эта необходимость заключена в самой объективной логике взаимодействия человека с природой. Эволюция земной цивилизации, по его мнению, будет в дальнейшем не чем иным, как расселением сначала по просторам Солнечной системы, а затем — за ее пределами.
Закономерна в его трудах печать, с одной стороны, особенностей и противоречий эпохи, с другой — личного мировосприятия. В чем-то мы готовы полемизировать с ним, а в чем-то — бесспорно, соглашаемся, как, например, с тем, что в борьбе между порядком и хаосом при наличии необходимых условий непременно торжествуют антиэнтропийные силы. Убедительным свидетельством тому служит неуклонное восхождение человеческого разума от истин низшего порядка к высшим и на этом — непрестанное становление нового мира. В человеке природа поднимается к осознанию самой себя. Космос — органическая связность всего и всея, в составе ее атом и человек находят свою общность. Причем К.Э. Циолковскому грезилась во всех формах материальных образований своя "одухотворенность", что давало повод обвинять его в гилозоизме (учение о всеобщей одушевленности материи). Нам импонирует гипотетическое представление К.Э. Циолковского о "космологическом прогрессе" в виде циклически восходящих усовершенствований. На основе данного принципа он выдвинул "теорию космических эр" (об этом хорошо рассказано в мемуарах А.Л. Чижевского). Калужанину виделась архидолгосрочная космическая эволюция человечества с разрабатываемым им рациональным переустройством всеобщего бытия на положительных нравственных основаниях.
Межпланетный корабль. Рисунок К.Э. Циолковского (из экспонатов Государственного музея истории космонавтики в Калуге).
Справедливо отмечено философами, что его рассуждения во многих отношениях пролегают в русле утопических проектов с их предвосхищением ряда элементов тоталитарных режимов XX в. Грядущее устройство человеческого общежития, как его представлял К.Э. Циолковский, вырастет из причудливого сплава демократических устремлений и элитарных, технократических и социалистических постулатов. Традиция социального утопизма — особая сторона интеллектуальной и духовной культуры человечества. К.Э. Циолковский пополнил ее своим самобытным вкладом.
Попытки естествоиспытателя, пусть даже утопические, найти способ разрешения социальных противоречий свидетельствовали о высоких гражданских устремлениях ученого. Преувеличение им социальной роли естествознания, простодушная уверенность в том, что исключительное распространение научных достижений создадут решающие условия для формирования нового типа деятелей, которые, в свою очередь, способны будут понять интересы и потребности общества, выработают правильный путь для его радикального преобразования, — вот что красной нитью проходит через многие работы К.Э. Циолковского. Истоки таких представлений — в народнических концепциях 1870-80-х гг., приписывавших интеллигентному меньшинству решающую роль в усовершенствовании и развитии общества. Отзвук их, своеобразно преломленный через естественно-научное восприятие мира, находим мы в его работе "Горе и гений".
Прижизненные издания работ К.Э. Циолковского из бортовой библиотеки орбитального пилотируемого комплекса "Мир". |
То, что К.Э. Циолковский старался заострить внимание современников на животрепещущих социальных проблемах, делает честь естествоиспытателю, стремившемуся внести в них строгие, независимые от субъективных, в том числе идеологических, пристрастий, критерии и оценки, установить объективные закономерности в развивающемся человеческом мире. Дух искателя побуждал К.Э. Циолковского переосмысливать собственные убеждения. Он в конце концов пришел к мысли о том, что в организации экономических отношений нужны коренные преобразования на рациональных основаниях. Без них усовершенствования в технике только "приносят бедствия трудящимся и возбуждают их вполне справедливое негодование", что "капитал во всех его видах, в особенности наследственный, есть насильник".
К.Э. Циолковский явился провозвестником нового типа сознания, движимого уже не мечтательностью созерцания звездной бездны, а задачами непосредственной космической практики. Величие его пытливого ума было в полной гармонии с высоким душевным, нравственным складом. Жизнь подобных людей, преисполненная борьбы и треволнений, всегда будет возвышать сердца и побуждать новые поколения к дерзаниям во имя наивысших идей.
Распространение и умножение положительного опыта цивилизации в мировом пространстве с одновременным совершенствованием человека и его отношений с себе подобными, возвышение его интересов и потребностей, разностороннее осуществление его человеческих сущностных свойств и сил. Становление Космоса человеком. Вот действительная формула Циолковского.