Реферат: Циолковский

Вторая половина XX века является эпохой бурного развития ракетной техники. Наша страна имеет ракеты всех классов и назначений. Мы первыми создали, успешно испытали и наладили серийное производство межконти­нентальных ракет. В нашей стране, начиная с 1949 года, ракеты используются для исследований верхних слоев ат­мосферы. Метеорологические ракеты, созданные в СССР, запускались в течение Международного геофизического года в различных районах страны, а также в Арктике и Антарктике.

В наши дни при оценке путей дальнейшего развития ракетостроения полезно рассмотреть научно-технические изыскания пионеров ракетной техники. Они заложили сво­ими трудами надежные основы прогресса этого направ­ления технического развития для науки и промышленно­сти всех стран.

Работы К. Э. Циолковского по ракетодинамике и тео­рии межпланетных сообщений были первыми серьезными изысканиями в мировой научно-технической литературе. В этих исследованиях математические формулы и расчеты не затеняют глубоких и ясных идей, сформулированных оригинально и четко. Более полувека прошло со дня опуб­ликования первых статей Циолковского по теории реак­тивного движения. Строгий и беспощадный судья — время лишь выявляет и подчеркивает грандиозность за­мыслов, своеобразие творчества и высокую мудрость про­никновения в сущность новых закономерностей явлений природы, которые свойственны этим произведениям Кон­стантина Эдуардовича Циолковского. Его труды помогают осуществлять новые дерзания советской науки и техники. Наша Родина может гордиться своим знаменитым уче­ным, зачинателем новых направлений в науке и промыш­ленности.

2. ПЕРВЫЕ ШАГИ В НАУКЕ

«Я учился, творя...»

(К. Э . Циолковский)

Константин Эдуардович Циолковский - выдающийся русский ученый, исследователь огромной трудоспособности и настойчивости, человек большого таланта. Широта и богатство творческой фантазии сочетались у него с логической последовательностью и математической точно­стью суждений. Это был подлинный новатор в науке. Наиболее важные и жизнеспособные исследования Циол­ковского относятся к обоснованию теории реактивного движения. В последней четверти XIX и начале XX сто­летия Константин Эдуардович создавал новую науку, определяющую законы движения ракет, и разрабатывал первые конструкции для исследования безграничных ми­ровых пространств реактивными приборами. Многие уче­ные считали в то время реактивные двигатели и ракетную технику делом бесперспективным и ничтожным по своему практическому значению, а ракеты — пригодными лишь для увеселительных фейерверков и иллюминаций.

Константин Эдуардович Циолковский родился 17 сентября 1857 года в старинном русском селе Ижевском, расположенном в пойме ОКИ, Спасского уезда, Рязанской губернии, в семье лесничего Эдуарда Игнатьевича Циолковского. О своих родителях Циолковский писал:

«Отец всегда был холоден, сдержан. Среди знакомых он слыл умным человеком и оратором. Среди чиновни­ков— красным и нетерпимым по своей идеальной честно­сти... У него была страсть к изобретательству и строитель­ству. Меня еще не было на свете, когда он придумал и устроил молотилку. Увы, неудачно! Старшие братья рас­сказывали, что он строил с ними модели домов и дворцов. Всякий физический труд отец в нас поощрял, как и во­обще самодеятельность. Мы почти всегда все делали сами... Мать была совершенно другого характера — на­тура сангвиническая, горячка, хохотунья, насмешница и даровитая. В отце преобладал характер, сила воли, в ма­тери — талантливость»1 .

Первые годы детства Константина Эдуардовича были счастливыми. Он был живым, смышленым ребенком, предприимчивым и впечатлительным. Летом мальчик строил с товарищами в лесу, шалаши любил лазить на заборы, крыши и деревья. Много бегал, играл в мяч, лапту, городки. Часто запускал змея и отправлял ввысь по нитке «почту» — коробочку с тараканом. Зимой с увле­чением катался на коньках. Циолковскому было лет восемь, когда мать подарила ему крошечный воздушный" шар "(аэростат), выдутый из коллодиума и наполненный водородом. Будущий создатель теории цельнометаллического дирижабля с удовольствием занимался этой игрушкой. Вспоминая о годах детства, Циолковский писал: «Я страстно любил читать и читал все, что можно было достать... Любил мечтать и даже платил младшему брату за то, чтобы он слушал мои бредни. Мы были маленькие, и мне хотелось, чтобы и дома, и люди, и животные — все тоже было маленькое. Потом я мечтал о физической силе. Я мысленно высоко прыгал, взбирался, как кошка, на шесты, по веревкам.

На десятом году жизни — в начале зимы — Циолков­ский, катаясь на санках, простудился и заболел скарлатиной. Болезнь была тяжелой, и вследствие ее осложнения мальчик почти совершенно потерял слух. Глухота не позволила продолжать учебу в школе. «Глухота делает мою биографию малоинтересной, — пишет позднее Циолков­ский, — ибо лишает меня общения с людьми, наблюдения и заимствования. Моя биография бедна лицами и столкновениями» С 11 до 14 лет жизнь Циолковского была «самым грустным, самым темным временем.«Я ста­раюсь, — пишет К. Э. Циолковский, — восстановить его в памяти, но ничего сейчас не могу больше вспомнить. Нечем помянуть это время»2 .

С 14 лет Константин Эдуардович начал заниматься самостоятельно, пользуясь небольшой библиотекой своего отца, в которой были книги по естественным наукам и по математике. Тогда же в нем пробуждается страсть к изо­бретательству. Он строит воздушные шары из тонкой, па­пиросной бумаги, делает маленький токарный станок и конструирует коляску, которая должна была двигаться при помощи ветра. Модель коляски прекрасно удалась и двигалась на крыше по доске даже против ветра! «Про­блески серьезного умственного сознания, — пишет Циол­ковский об этом периоде своей жизни, — проявились при чтении. Так, лет четырнадцати я вздумал почитать ариф­метику, и мне показалось там все совершенно ясным и по­нятным. С этого времени я понял, что книги вещь немуд­реная и вполне мне доступная. Я стал разбирать с любопытством и пониманием некоторые отцовские книги по естественным и математическим наукам... Меня увлекает астролябия, измерение расстояния до недоступных предметов, снятие планов, определение высот. И я устраиваю астролябию — угломер. С помощью ее, не выходя из дома, определяю расстояние до пожарной каланчи. На­хожу 400 аршин. Иду и проверяю. Оказывается, верно. С этого момента я поверил теоретическому знанию!» 3 .Выдающиеся способности, склонность к самостоятель­ной работе и несомненный талант изобретателя заставили родителей К. Э. Циолковского задуматься над его буду­щей профессией и дальнейшим образованием. Константину Эдуардовичу было 16 лет, когда отец решил отправить его в Москву для знакомства с промышленностью и продолжения самообразования. Один из лучших знатоков биографии Циолковского инженер Б. Н. Воробьев пишет о будущем ученом: «Как и многие юноши и де­вушки, стекавшиеся в столицу для получения образова­ния, он был полон самых радужных надежд. Но никто и не думал обращать внимание на молодого провинциала, всеми силами стремившегося к сокровищнице знаний. Тя­желое материальное положение, глухота и практическая неприспособленность к жизни меньше всего способство­вали выявлению его талантов и способностей»4 .

Из дому Циолковский получал 10—15 рублей в ме­сяц. Питался одним черным хлебом, не имел даже кар­тошки и чаю. Зато покупал книги, реторты, ртуть, сер­ную кислоту и прочее для различнейших опытов и само­дельных приборов. Я помню отлично, — пишет 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»5 .

Кроме опытов по физике и химии, Циолковский много читал, он тщательно изучал курсы начальной и высшей математики, аналитической геометрии.

Три года жил Циолковский в Москве. Вернувшись домой к отцу, стал давать частные уроки по математике и физике плохо успевающим гимназистам. Несомненные пе­дагогические способности и хорошие отзывы об этих частных уроках решили вопрос о выборе профессии. Осенью 1878 года Константин Эдуардович сдал экстерном экза­мен на звание учителя народного училища, а месяца че­рез четыре был назначен на должность учителя арифме­тики и геометрии в Боровское уездное училище Калуж­ской губернии.

По рекомендации жителей Боровска Циолковский «попал на хлеба к одному вдовцу с дочерью, жившему на окраине города», Е. Н. Соколову. Циолковскому «сдали две комнаты и стол из супа и каши». Дочь Соколова Варя была ровесницей Циолковского — моложе его на два месяца. Ее характер, трудолюбие пришлись по душе Константину Эдуардовичу, и он вскоре на ней женился. «Венчаться мы ходили за 4 версты пешком, не наряжа­лись. В церковь никого не пускали. Вернулись — и никто о нашем браке ничего не знал... Помню, в день венчания купил у соседа токарный станок и резал стекло для элек­трических машин. Все же про свадьбу как-то пронюхали музыканты. Насилу их выпроводили. Напился только вен­чавший поп. И то угощал его не я, а хозяин».

B своей квартире в Боровске Циолковский устроил маленькую лабораторию. У него в доме сверкали электри­ческие молнии, гремели громы, звонили колокольчики, за­горались огни, вертелись колеса и блистали иллюминации. «Я предлагал желающим попробовать ложкой невидимого варенья. Соблазнившиеся угощением получали электрический удар.

Посетители любовались и дивились на элек­трического осьминога, который хватал всякого своими лапами за нос или за пальцы, и тогда у попавшего к нему в «лапы» волосы становились дыбом и выскакивали из любой части тела».

1881 году 24-летний Циолковский самостоятельно разработал основы кинетической теории газов. Работу онпослал в Петербургское физико-химическое общество, где она получила одобрение видных членов общества, в том числе и гениального русского химика Менделеева. Од­нако важные открытия, сделанные Циолковским в глухом провинциальном городке, не представляли новости для науки: аналогичные открытия были сделаны несколько раньше в Германии. За вторую научную работу, названную «Механика животного организма»6 , Циолковского единогласно избирают членом физико-химического общества. Эту моральную поддержку своим первым научным исследованиям Циолковский вспоминал с благодарностью всю жизнь. В предисловии ко второму изданию своей ра­боты «Простое учение о воздушном корабле и его построе­нии» Константин Эдуардович писал: «Содержание этих работ несколько запоздало, т. е. я сделал самостоятельно открытия, уже сделанные ранее другими. Тем не менее, общество отнеслось ко мне с большим вниманием, чем поддержало мои силы. Может быть, оно и забыло меня, но я не забыл г.г. Боргмана, Менделеева, Фан-дер-Флита, Пелурушевского, Бобылева и в особенности Сеченова»7 . В 1883 году Константин Эдуардович написал в форме научного дневника работу «Свободное пространство», в которой он подверг систематическому изучению ряда за­дач классической механики в пространстве без действия силы тяжести и сил сопротивления. В этом случае основ­ные характеристики движения тел определяются только силами взаимодействия между телами данной механиче­ской системы и особое значение для количественных вы­водов приобретают законы сохранения основных динами­ческих величин: количества движения, момента количества движения и кинетической энергии. Циолковский был глубоко принципиален в своих творческих исканиях, а его умение самостоятельно работать над научными проблемами - великолепный пример для всех начинающих. Его первые шаги в науке, сделанные в труднейших условиях, - это шаги большого мастера, революционного новаторства, зачинателя новых направлений в науке и технике.

3. Работы по воздухоплаванию и экспериментальной аэродинамике.

Результатом исследовательской работы Циолковского было объемистое сочинение «Теория и опыт аэростата». В этом сочинении давалось научно-техническое обоснование создания конструкции дирижабля с металлической оболочкой. Циолковским были разработаны чертежи общих видов дирижабля и некоторых важных узлов конструкции.

Дирижабль Циолковского имел следующие характерные особенности. Во – первых, это был дирижабль переменного объема, что позволяло сохранять постоянную подъемную силу при различных температурах окружающего воздуха и различных высотах полета. Возможность изменения объема конструктивно достигалась при помощи особой стягивающей системы и гофрированных боковин (рис. 1)

Во – вторых, газ, наполняющий дирижабль, можно было подогревать путем пропускания по змеевикам отработанных газов моторов. Третья особенность конструкции состояла в том, что тонкая металлическая оболочка для увеличения прочности и устойчивости была гофрированной, причем волны гофра располагались перпендикулярно оси дирижабля. Выбор геометрической формы дирижабля и расчет прочности его тонкой оболочки были решены Циолковским впервые.

Этот проект Дирижабля Циолковского не получил при­знания. Официальная организация царской России по проблемам воздухоплавания — VII воздухоплавательный отдел Русского технического общества — нашла, что проект цельнометаллического дирижабля, способного из­менять свой объем, не может иметь большого практиче­ского значения и дирижабли «вечно будут игрушкой ветров». Поэтому автору было отказано даже в субсидии на постройку модели. Обращения Циолковского в Генераль­ный штаб армии также не имели успеха. Печатный труд (1892 г.) Циолковского «Аэростат металлический управ­ляемый» получил несколько сочувственных отзы­вов, и этим дело ограничилось.

Циолковскому принадлежит прогрессивная идея пост­ройки цельнометаллического аэроплана.

В статье 1894 года «Аэроплан или птицеподобная (авиационная) летательная машина», опубликованной в журнале «Наука и жизнь»8 , дано описание, расчеты и чертежи моноплана со свободнонесущим, безрасчалочным крылом. В противоположность зарубежным изобретате­лям и конструкторам, разрабатывавшим в те годы аппа­раты с машущими крыльями, Циолковский указывал, что «подражание птице в техническом отношении весьма за­труднительно вследствие сложности движения крыльев и хвоста, а также вследствие сложности устройства этих органов».

Аэроплан Циолковского (рис. 2) имеет форму «за­стывшей парящей птицы, но вместо головы ее вообразим два гребных винта, вращающихся в обратные стороны... Мускулы животного мы заменим взрывными нейтраль­ными двигателями. Они не требуют большого запаса топлива (бензина) и не нуждаются в тяжелых паровиках и больших запасах воды. ...Вместо хвоста устроим двойной руль — из вертикальной и горизонтальной плоскости. ...Двойной руль, двойной винт и неподвижность крыльев придуманы нами не ради выгоды и экономии работы, а единственно ради исполнимости конструкции».

В цельнометаллическом аэроплане Циолковского крылья уже имеют толстый профиль, а фюзеляж — обте­каемую форму. Весьма интересно, что Циолковский впер­вые в истории развития самолетостроения особенно под­черкивает необходимость улучшения обтекаемости аэро­плана для получения больших скоростей. Конструктивные очертания аэроплана Циолковского были несравненно более совершенными, нежели более поздние конструкции братьев Райт, Сантос-Дюмона, Вуазена и других изобре­тателей. Для оправдания своих расчетов Циолковский пи­сал: «При получении этих чисел я принял самые благо­приятные, идеальные условия сопротивления корпуса и крыльев; в моем аэроплане нет выдающихся частей, кроме крыльев; все закрыто общей плавной оболочкой, даже пассажиры».

Циолковский хорошо предвидит значение бензиновых (или нефтяных) двигателей внутреннего сгорания. Вот его слова, показывающие полное понимание устремлений технического прогресса: «Однако у меня есть теоретиче­ские основания верить в возможность построения чрез­вычайно легких и в то же время сильных бензиновых или нефтяных двигателей, вполне удовлетворяющих задаче летания». Константин Эдуардович предсказывал, что со временем маленький аэроплан будет успешно конкурировать с автомобилем.

Разработка цельнометаллического свободнонесущего моноплана с толстым изогнутым крылом есть крупнейшая заслуга Циолковского перед авиацией. Он первый иссле­довал эту наиболее распространенную в наши дни схему аэроплана. Но идея Циолковского о постройке пассажир­ского аэроплана также не получила признания в царской России. На дальнейшие изыскания по аэроплану не было ни средств, ни даже моральной поддержки.

Об этом периоде своей жизни ученый писал с горечью: «При своих опытах я сделал много-много новых выводов, но новые выводы встречаются учеными недоверчиво. Эти выводы могут подтвердиться повторением моих трудов каким-нибудь экспериментом, но когда же это будет? Тяжело работать в одиночку многие годы при неблаго­приятных условиях и не видеть ниоткуда ни просвета, ни поддержки».

Над разработкой своих идей о создании цельнометаллического дирижабля и хорошо обтекаемого моноплана ученый работал почти все время с 1885 по 1898 год. Эти научно-технические изобретения натолкнули Циолков­ского на ряд важнейших открытий. В области дирижабле­строения он выдвинул ряд совершенно новых положений. В сущности говоря, он был зачинателем теории металли­ческих управляемых аэростатов. Его техническая интуиция значительно опередила уровень промышленного раз­вития 90-х годов прошлого столетия.

Его техническая интуиция значительно опередила уровень промышленного раз­вития 90-х годов прошлого столетия. Целесообразность своих предложений он обосновал подробными вычислениями и схемами. Осуществление цельнометаллического воздушного корабля, как всякая большая и новая техническая проблема, затрагивало ши­рокий комплекс совершенно не разработанных в науке и технике задач. Решить их одному человеку было, конечно, невозможно. Ведь здесь были и вопросы аэродинамики, и вопросы устойчивости гофрированных оболочек, и задачи прочности, газонепроницаемости, и задачи герметической пайки металлических листов и т. д. Сейчас приходится изумляться, как далеко удалось продвинуть Циолков­скому, кроме общей идеи, отдельные технические и науч­ные вопросы.

--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--