Текст книги "Блеск и нищета К.Э. Циолковского"
Автор книги: Гелий Салахутдинов
Жанры:
История
,сообщить о нарушении
Текущая страница: 9 (всего у книги 19 страниц)
Погасить скорость V1 в свободном пространстве (посадка на астероид) эквивалентно возможности иметь в ракете начальный запас топлива для получения скорости V2 = 2V1; т.е.
V2 = 2 Vr ln(1+Z1) = Vr ln(1+ Z1)2 = Vr ln(1 + Z2);
где Z2 – число Циолковского, обеспечивающее получение ракетной скорости V (и ее уменьшение до нуля (мягкая посадка!). Легко понять, что
Эта формула приводится на стр. 92 указанной работы Циолковского. Он пишет, что из полученной формулы «…видим, как недопустимо громаден запас взрывчатого материала, если мы хотим приобрести очень большую скорость и потерять ее» [110] [с. 92].
В самом деле, – продолжает А.А. Космодемьянский, – пусть Z1 = 9 (это обеспечивает получение первой космической скорости при известных современных топливах), тогда из формулы (9) получаем:
Z2 = (1 + 9)2 – 1;
т.е. для одноступенчатой ракеты обеспечение разгона до V1 = 8 км/с и последующего торможения до V = 0 требует, чтобы масса топлива была в 99 раз больше массы ракеты без топлива. Практически это невозможно.
Циолковский дал решение задачи о мягкой посадке на поверхность планеты без атмосферы с учетом силы притяжения, полагая, что масса ракеты (корабля) меняется по показательному закону. В этом случае (если М = М0 е– at) уравнение прямолинейного (радиального) движения будет:
или (упрощающее предположение):
Величина
дает перегрузку. Если n – задано, то задача о мягкой посадке решается очень просто (это элементарная задача о равнозамедленном движении).
Циолковский в ряде своих работ придает важное значение случаю равнопеременных прямолинейных движений ракеты, когда М = М0 е– at. По существу дела он первым детально обследовал этот класс движений ракеты» [27] [с. 86-87].
А теперь сравним это с тем, что писал К.Э. Циолковский, конечно, для доказательности, по возможности, цитируя и его.
Он писал для среды без притяжения:
«Пусть, например, ракета силою взрыва некоторого (не всего) количества газов приобрела скорость 10000 км/с. Теперь для остановки следует приобрести такую же скорость, но в обратном направлении. Очевидно, количество оставшихся взрывчатых веществ … должно быть в пять раз больше массы М1 снаряда». (Он, конечно, эту цифру получил из формулы (2) – Г.С.).
«Стало быть, снаряд должен иметь по окончании первой части взрыва (для приобретения поступательной скорости) запас взрывчатого вещества, масса которого выразится через 5 М1 = М2.
Вся масса вместе с запасом составит М2 + М1 = 5М1 + М1 = 6М1.
Этой массе 6М1 первоначальное взрывание должно также сообщить скорость в 10000 м/сек, а для этого нужно новое количество взрывчатого материала, которое должно также в пять раз превышать массу снаряда с массою запаса для остановки, т.е. мы должны 6М1 увеличить в пять раз; получим 30М1 что вместе с запасом для остановки 5М1 составит 35М1
Обозначив число, показывающее, во сколько раз масса взрывчатого материала больше массы снаряда, через q = М2/М1 предыдущие рассуждения, определяющие массу всего взрывчатого вещества М2/М1 для приобретения скорости и уничтожения ее, выразим так:
М3/М1 = q + (1+q) q = q (2 + q)
или, прибавляя и вычитая единицу из второй части уравнения, получим
М3/М1 = 1 + 2q + q2– 1 = (1+q)2 – 1 (11)
т.е. он своим путем получил формулу (9).
К.Э. Циолковский не составлял и не решал, в частности, уравнения (10). Ни в одной из своих работ он даже не упоминал о законе изменения массы ракеты – он этого просто не понимал – и, конечно, в рассматриваемой работе не предполагал, что оно происходит по показательному (или по линейному) закону, и он вообще не исследовал «этот класс движения ракеты». Он просто использовал в своих расчетах известную из школьного курса физики формулу для равнопеременного прямолинейного движения.
Изобретенная им ракета была четко функционально ориентирована на решение задачи о межпланетных путешествиях. Однако К.Э. Циолковскому не удалось доказать математически осуществимость своего замысла.
Во-первых, он не справился с выбором числа Z (да и не мог, видимо, в то время с этим справиться) и, кроме того, в полной мере даже не понял его сущность, а во-вторых, он не нашел выхода с решением проблемы посадки ракетного аппарата на другие планеты или на Землю. В самом деле, представляется фантастикой даже для настоящего времени обеспечить массу топлива на ракете почти в 100 раз больше массы ее конструкции. Эти расчеты приведены только для первой космической скорости и, кроме того, не учитывали необходимость повторного старта с астероида (планеты), набора необходимой скорости и ее гашения при посадке на Землю. Полученные здесь цифры были бы чудовищно большими (число Z составляло бы несколько тысяч) и не оставляли бы никаких надежд на осуществление межпланетных путешествий.
Обратим внимание, К.Э. Циолковский не акцентирует внимание на этом аспекте, как бы убирая подальше от читателя очередное препятствие на пути к осуществлению своего проекта. Зафиксировав факт необходимости больших значений числа Z, он не сделал, казалось бы, логичного вывода о невозможности осуществления с помощью его ракеты межпланетного путешествия.
Расчеты К.Э. Циолковского были ориентированы ни на решение проблем, ни на их выявление, а на создание у читателей иллюзии теоретической респектабельности его идеи. Они проводились (подгонялись) под заранее заданный ответ.
Итак, его ракета была неработоспособна, поскольку она:
1) в одноступенчатом варианте едва могла выйти даже на околоземную орбиту;
2) не могла прилететь на другую планету и вернуться на Землю;
3) сопло двигателя было чрезмерно длинным и в ряде проектов оно было завито спирально;
4) двигатель нельзя было охладить предлагавшимися методами.
Новым, что внес К.Э. Циолковский в конструкцию ракеты было предложение использовать в ней не одно, а двухкомпонентное жидкое топливо. Другие его предложения, касавшиеся отдельных систем ракеты, были или его догадками, не подкрепленными экспериментами и расчетами, или оказывались очевидными. Особо стоит выделить вполне целесообразную идею о газовом руле ракеты, которая была несомненно патентоспособна.
Именно в этих четырех положениях и фокусируются наши разногласия с биографами К.Э. Циолковского. «Можно ли считать изобретателем человека, предлагающего неработоспособный и не выполняющий свою функциональную задачу технический объект?» – вот тот вопрос, который в данном контексте представляется ключевым. Само собой разумеется, что из указанных четырех недостатков ракеты Циолковского не все были одинаково принципиальны. Так, например, длина сопла и его форма могли быть легко скорректированы любым специалистом по теплотехнике или гидродинамике, что в действительности вскоре и произошло. А вот с остальными ситуация оказывалась сложной.
В самом деле, одноступенчатость ракеты исключала возможность ее использования для межпланетных полетов, что следовало и из исследований самого К.Э. Циолковского. Идея многоступенчатых ракет, как будет показано ниже, пришла к нам с запада от Р. Годдарда, а Циолковский так и не понял даже ее сути.
Может быть, ему принадлежит изобретение просто космической ракеты, т.е. ракеты, в одноступенчатом варианте достигающей космоса? Видимо, ответ и на этот вопрос будет по крайней мере спорным. Все исследователи того времени были бы рады увеличить дальность полета существовавших ракет, но не видели путей достижения этого. При использовании жидкого топлива в камере двигателя развивались столь высокие температуры, что сама ракета сгорала. Суть изобретательской задачи как раз и состояла в том, чтобы разрешить это противоречие, своего рода «заколдованный круг»: хочешь в космос – повышай калорийность топлива, а значит, и температуру его горения, но тогда ракета сгорает; хочешь ее сохранить – уменьшай эту температуру, но тогда останешься без космоса. Но это противоречие К.Э. Циолковский не разрешил, а это означает, что и изобретение не состоялось. Его предложение не было, таким образом, научно обоснованным, оставалось, поэтому, научно-фантастическим, просто догадкой. Посылка о том, что простое использование жидкого топлива взамен твердого позволит обеспечить межпланетный перелет была ошибочной. Изобретение технического объекта есть процесс, который может растянуться не только на десятилетия, но и на столетия, на протяжении которых большое количество исследователей вносят свой вклад в соответствующие работы, и приписывать любому из них изобретение всего объекта – большая методологическая ошибка. К.Э. Циолковский сказал: «Давайте для межпланетных путешествий использовать жидкое топливо.» Наука (да и расчеты самого Циолковского) говорила: «Нет, ничего не получится.» Р. Годдард и Г. Оберт сказали: «Давайте использовать, кроме того, многоступенчатые ракеты.» Наука сказала: «Правильно, но как обеспечить сохранность материальной части от разрушающего действия высоких температур?» Прошло более десяти лет, после которых немецкие специалисты нашли ответ и на этот вопрос, обеспечив сохранность Фау-2. Вот когда только закончилось изобретение жидкостной межпланетной ракеты с принципиальной точки зрения. Но нужны были усилия и десятков, скорее, сотен специалистов для изобретения отдельных элементов ракеты.
Нужно было действо лукавого глубокомыслия, чтобы все это приписать К.Э. Циолковскому. Впрочем, может быть, мы слишком строги к «основоположнику»? Итак, он – изобретатель или нет? Мы говорим: «Он один из изобретателей жидкостной (но даже не межпланетной) ракеты, которую изобрести ему в целом не удалось. Он всего лишь привлек внимание, даже не ученых, нет, а популяризаторов науки, журналистов, школьников к проблеме межпланетных полетов. В этом его заслуга. Но при чем здесь наука?
К.Э. Циолковского не следует, поэтому, называть изобретателем ракеты, поскольку он всего лишь один из многочисленных ее изобретателей, причем он – пионер в этой области, вызвавший к ней определенное внимание в России.
Наконец, следует отметить, что ему не удалось математически обосновать возможность совершить с помощью этой ракеты межпланетный полет, т.е. он сам же и нарушил то правило, выполнение которого, как показано выше, он требовал от других изобретателей. Поставить задачу – это еще не означает решить ее.
Вернемся к формуле (3).
В докторской диссертации Г.К. Михайлова, защищенной в МГУ в 1977 году [38], было убедительно показано, что уравнение движения тела с переменной массой решили английские исследователи У. Мур [197], а также П.Г. Тэйт и У.Дж. Стил [199] из Кембриджского университета соответственно в 1810-1811 гг. и в 1856 году.
Эти работы были откровенно ориентированы на ракетную технику, причем в первой из них это уравнение решалось также и для случая движения ракеты в гравитационном поле.
Очевидно, что приоритет в этом вопросе и должен принадлежать этим ученым.
Однако у такой точки зрения существуют и оппоненты. Так в работе [27] А.А. Космодемьянский считал, что их решение представляется лишь частным случаем решения этого уравнения К.Э. Циолковским, вытекающим из предположения, что сила тяги будет величиной постоянной, т.е. когда закон изменения массы будет иметь вид: М = М0 (1 – at), где: М0 – стартовая масса ракеты, a – постоянная величина, характеризующая секундный расход массы.
В работе [199], являвшейся учебником для студентов, одна из задач была посвящена движению ракеты с показательным законом изменения массы, т.е. когда ее ускорение постоянно:М = М0 е– at
«Формула К.Э. Циолковского, опубликованная в 1903 году, получена для произвольного закона изменения массы (подчеркнуто А.К.)», – отметил А.А. Космодемьянский [27] [с. 85], а поэтому и приоритет принадлежит К.Э. Циолковскому.
При этом была допущена небольшая, но существенная историческая неточность: автор работы [27] представил дело таким образом, будто исходное уравнение было записано К.Э. Циолковским в таком виде:
где f(t) – функция, определяющая закон изменения массы. У К.Э. Циолковского она, дескать, f(0) = l, а линейный и показательный законы изменения массы, принятые англичанами, являются, частным случаем f(t).
Однако, во-первых, К.Э. Циолковский f(t) не вводил, не оговаривал и вообще не знал ничего о законах изменения массы. Это впервые и в конкретной форме сделали цитировавшиеся англичане. Во-вторых, случай f(0) = l – всего лишь начальное условие.
Наконец, скорость ракеты в конце активного участка для рассматриваемого случая вообще не зависит от закона изменения массы. Поэтому выражения для формулы скорости у англичан и у К.Э. Циолковского тождественны, а вот вычисление расстояний требует введения этого закона, что он в отличии от англичан не понял вообще.
Вместе с тем, как бы ни закончился спор о его приоритете с англичанами, приоритет в решении уравнения тела с переменной массой ему не принадлежит в любом случае.
В России это уравнение впервые было решено другим нашим соотечественником, крупнейшем специалистом по теоретической механике, специализировавшемся именно на исследованиях движения тел переменной массы, бывшим приват-доцентом Санкт-Петербургского университета, а с 1902 года – ординарным профессором кафедры теоретической механики Петербургского политехнического института Мещерским Иваном Всеволодовичем (1859-1935 гг.). 27 марта 1897 года он представил свою диссертацию с решением этого уравнения в деканат, в ноябре того же года она уже была опубликована, а 10 декабря состоялась защита. По данным [172] [с. 146] свое уравнение К.Э. Циолковский решил в мае 1897 года, а опубликовал, как уже отмечалось, только в 1903 году.
Сам А.А. Космодемьянский в предисловии к работе [36] писал: «Диссертация Мещерского «Динамика точки переменной массы» и его работа «Уравнения движения точки переменной массы в общем случае» составляют надежный теоретический фундамент современной ракетодинамики». И далее: «И.В. Мещерский – создатель нового раздела теоретической механики» [36] [с. 25]. «Механика тел переменной массы есть научная основа современной ракетодинамики» [36] [с. 5].
Полученные И.В. Мещерским уравнения используются во всех видах летательных аппаратов, где происходит отделение (ракеты) или присоединение (воздушно-реактивные двигатели) массы.
Во второй главе он решает простейший случай этого уравнения, когда «скорость изменяющейся массы равна скорости точки» [36] [с. 41].
Сейчас, при решении вопроса о приоритете К.Э. Циолковского, многие исследователи отмечают, что он свою формулу получил применительно к движению ракет, а И.В. Мещерский, якобы, лишь для некоторого абстрактного случая.
Однако даже беглое ознакомление с его работами [36] убедительно свидетельствуют, что и это утверждение несостоятельное.
И.В. Мещерский писал:
«Глава III содержит задачи о прямолинейном движении точки переменной массы и, прежде всего, те, к которым мы приходим, рассматривая вертикальное движение горящей ракеты и привязного аэростата … и далее решается задача о движении тяжелой точки массы m = m0 (1 + at)2 при сопротивлении среды, пропорциональном квадрату скорости» [36] [с. 43]. Решение этой задачи он свел к известному уравнению Риккати. В главе VI он рассматривал движение точки переменной массы в однородном поле тяготения, в том числе и когда масса точки изменяется по показательному закону [36] [с. 122]. Основное уравнение ракеты (формула К.Э. Циолковского) было представлено в виде [36] [с. 121]: X = а ln(f) + Х0 , где f – безразмерная масса, а = const.
Иногда можно слышать суждения и о том, что К.Э. Циолковскому хотя и не принадлежит приоритет в решении рассматриваемого уравнения, но он был первым, кто применил известную формулу к расчетам межпланетной ракеты (а не просто ракеты). Однако, если следовать этой логике, необходимо было бы законам, скажем, Ньютона или таблице умножения присваивать имена тех исследователей, которые впервые применяли их в новых областях науки и техники. Использование известной формулы в другой области познания не является предметом приоритета.
Не удалось К.Э. Циолковскому с помощью простых расчетов по этой формуле получить и какие-либо серьезные выводы. Наоборот, эти расчеты были способом ввести читателей в заблуждение относительно принципиальной осуществимости космической ракеты. С их помощью он, как уже отмечалось «прятал» проблемы, стоявшие на пути в космос.
К.Э. Циолковский в одной из своих работ писал:
«Я многое открыл, что было уже открыто ранее меня. Значение таких работ я признаю только для самого себя, так как они давали мне уверенность в моих силах. Также должны смотреть на свои открытия ученые, сделавшие их после меня. Обвинять в заимствованиях, конечно, без доказательств нельзя. Все же я думаю, что как мои запоздалые работы, так и других ученых отчасти навеяны отголосками ранее опубликованных трудов. Молва и печать их распространяют иногда и без указания источников. Печатная дата – вот, что решает спор о первенстве (приоритете) и значении ученого» [116] [л. 1].
Ну что ж, настало время вернуть свой долг И.В. Мещерскому или англичанам. Следует вспомнить еще одну горестную судьбу уравнения, впервые полученного и исследованного И.В. Мещерским в 1897 году. Оно являлось частным случаем уравнения (1) и, только спустя 31 год(!), итальянский математик Леви-Чивита еще раз его вывел и оно получило его имя: «уравнение Леви-Чивита» [36] [с. 16]. И здесь следовало бы восстановить историческую справедливость – для этого, в частности, и существуют историки науки и техники, – и вернуть И.В. Мещерскому его уравнение.
Итак, мы не нашли у К.Э. Циолковского ни одной задачи, типичной для ракетодинамики, специфику которой он не понимал и подменял в результате сущность ракетного движения представлениями о движении абстрактного тела.
Вот, например, как он решал вторую свою задачу, хотя непонятно кто и когда присвоил ей его имя. Формулируется она так: «Пусть ракета движется поступательно по вертикали вверх в однородном поле силы тяжести и начальная скорость центра масс ракеты равна Vo. Требуется определить закон изменения скорости и расстояния (высоты) ракеты в зависимости от времени при различных законах изменения массы и найти максимальную высоту подъема ракеты» [29] [с. 204].
Это цитата из работы А.А. Космодемьянского, в которой он привел современное решение и этой задачи, создавая у читателей иллюзию, что именно так ее и решил К.Э. Циолковский. Мы не будем здесь пересказывать решение ее А.А. Космодемьянским – желающие узнать о современных способах могут обратиться к первоисточнику [29], а мы отметим ход ее решения самим К.Э. Циолковским:
Дальше продолжать не будем, поскольку любой человек со средним образованием здесь все поймет без лишних слов. Отметим только, что ни о каком учете изменения массы ракеты К.Э. Циолковский речи, конечно же, не вел – необходимость этого он даже не понимал.
К.Э. Циолковскому не принадлежит приоритет в выводе ни одной формулы ракетодинамики – в своих рассуждениях он использовал малообоснованные формулы из школьного учебника физики. А ведь ракетодинамика – это еще и вариационные задачи.
Он не может считаться основоположником ракетодинамики.
В работе [85] утверждается, что получение формулы, носящей имя К.Э. Циолковского, «… было отнюдь не простым делом для того времени, как может показаться на первый взгляд.» Для доказательства отмечается, что американский исследователь Р.Х. Годдард, составив соответствующее дифференциальное уравнение, не сумел его решить, что уже «… само по себе доказывает на наличие своеобразных трудностей в этом вопросе» [85] [с. 27].
С нашей точки зрения этот вывод был весьма простым. В работе [38] приводится доказательство того, что это уравнение решали на экзаменах студенты Кембриджского университета еще в середине XIX в.
Авторы работы [4] считают, что «Циолковский является подлинным и единственным основоположником научной космонавтики, потому что до появления его трудов ни такой научной дисциплины, ни такой области научно-технического прогресса, ни такой области человеческой деятельности не существовало вообще…» [4] [с. 145]. Однако здесь допускается логическая ошибка по схеме: после этого, значит по причине этого. Подгонку результатов расчетов под заранее заданный ответ нельзя называть научным исследованием. Космической науки не существовало и после смерти К.Э. Циолковского приблизительно 15-20 лет. Даже ракета ФАУ-2 была создана в условиях резкого отставания науки от потребностей практики методами проб и ошибок (см., например, [66]).
Судьба рассмотренной здесь работы К.Э. Циолковского оказалась неудачной. Вскоре после ее выхода в газетах появилось сообщение о том, что журнал «Научное обозрение» закрыт. Видимо, часть тиража была конфискована, так что сам автор с большим трудом достал всего один его экземпляр.
В августе 1911 году он писал Б.Н. Воробьеву (редактору журнала «Вестник воздухоплавания»):
«Время было строгое, когда печаталось начало моей статьи, и редактор, как он писал, терпел неприятности от цензуры, если не больше. Оттиски (особые), как видно, были конфискованы, так как я не мог их получить даже за деньги из типографии, и говорить со мною о них не стали, хотя они несомненно были по словам же типографии» [9] [с. 15].
Так что, о гипотезе межпланетной ракеты общественности стало известно, в основном, лишь в результате последующих публикаций К.Э. Циолковского, хотя подписчикам журнал был доставлен даже за границу.
Итак, попытаемся понять, в чем заслуга К.Э. Циолковского в ракетной технике.
В.Н. Сокольский считает, что она состоит в том, что он объединил два направления: мечту писателей-фантастов о межпланетных путешествиях с предложением использовать для этих целей ракеты [73], т.е. для решения известной функциональной задачи он предложил известное техническое средство. Однако, строго говоря, это сделал еще Сирано де Бержерак. К.Э. Циолковскому не удалось предложить а) работоспособную конструкцию ракеты и б) математически обосновать возможность межпланетных путешествий. Он не стал, следовательно, изобретателем жидкостной ракеты, хотя, несомненно, был пионером в этой области и высказал перспективную идею о принципиальной возможности использовать на ракетах, кроме твердого, жидкое двухкомпонентное топливо. Для того, однако, чтобы изобретение состоялось, ему необходимо было разрешить возникавшее противоречие, связанное с тем, что весьма высокие температуры, обусловленные использованием самого калорийного топлива, разрушали ракету, но сделать это ему не удалось.
Обратим внимание на то, что все его идеи были вовсе не наукоемки и касались задач, находящихся на уровне почти бытовых знаний и мышления.
Его усилия по разработке отдельных систем этих жидкостных ракет приводили либо к очевидным (для того времени) результатам, либо были догадками, фантазиями их автора, ничем, в сущности, не обоснованными.
В социальном плане он, будучи пионером в области жидкостных ракет, самим фактом своей деятельности вызывал интерес общества к проблемам развития космонавтики, впервые попытавшись обеспечить научный подход к их решению, что представляется его несомненной заслугой.
Борьба К.Э. Циолковского против второго начала термодинамики и за вечную юность вселенной
1903 год был пиком творчества К.Э. Циолковского. Статья его [110] прошла незамеченной научной общественностью, что и понятно, поскольку дискутировать с «сумасшедшими» идеями, изложенными в каком-то там популярном журнале, никто не собирался, да его никто из ученых и не читал.
Парадокс ситуации состоял в том, что если бы она попала на рецензию, скажем, к тому же Н.Е. Жуковскому, или еще к какому-нибудь самостоятельно думающему ученому, она вряд ли была бы опубликована – уж очень много в ней содержалось не просто сомнительных, но и неправильных положений. Это образец фантастики, приукрашенной математикой.
Так или иначе, но тема ее, находящаяся где-то на периферии науки, совершенно не актуальная, никому в то время была не нужна и интереса не вызывала.
Началась великая смута 1904-1905 гг. и немногочисленные поклонники его, создававшие ему рекламу, помогавшие ему вроде Голубицкого и других, куда-то незаметно делись, со смертью в 1896 году А.Г. Столетова постепенно стали какими-то зыбкими связи с московскими учеными, фактически оборвавшиеся после разрыва с Академией наук. Вокруг образовался, непонятно как, вакуум.
Идей тоже не стало: с дирижаблем – никакого успеха, с аэропланом – полная безнадежность, с ракетой и того хуже, экспериментальной аэродинамикой после разгрома его результатов академиком М.А. Рыкачевым заниматься не хотелось, да и средств не было, а для теоретических вопросов не хватало знаний. Единственным светлым пятном в творчестве были популярные работы. Их было много в журналах «Знание и искусство», в «Воздухоплавателе», в «Технике воздухоплавания».
В 1911 году он переиздал «Исследование мировых пространств реактивными приборами» в двух номерах «Вестника воздухоплавания». С точки зрения конструкции ракеты практически ничего нового в ней не было. В области проблемы охлаждения двигателя появилась определенность. Если в предыдущей работе перечислялся ряд методов, то теперь он сделал свой выбор: «Взрывная труба … охлаждается низкой температурой жидкого кислорода и водорода, окружающих трубу или ее кожух» [111] [с. 102] – грубая ошибка.
Кратко перечислялись результаты предыдущей статьи, формулы давались без выводов. Делалась попытка оценить влияние силы аэродинамического сопротивления (к сожалению, неудачно), вычислялись величины космических скоростей, необходимых для удаления от планет. Дополнительно были включены также разделы, посвященные описанию картины полета, средствам жизнеобеспечения.
В целом уровень этой работы прежний, все просто и, как-то, не по ракетному. В области жизнеобеспечения была высказана идея замкнутого цикла: «Как на земной поверхности совершается нескончаемый механический и химический круговорот вещества, так и в нашем маленьком мирке (т.е. на борту космического корабля – Г.С.) он может совершаться».[111] [с. 129]. «Как земная атмосфера очищается растениями при помощи Солнца, так может возобновляться и наша искусственная атмосфера. Как на Земле растения своими листьями и корнями поглощают нечистоты и дают взамен пищу, так могут непрерывно работать для нас и захваченные нами в путешествие растения» [111] [с. 128].
Эта идея, вообще говоря, неизбежно приходила к любому, кто задумывался над проблемой жизнеобеспечения. Так, например, один из российских пионеров космонавтики Ф.А. Цандер еще в 1907 году пришел к этой идее, в 1911 году добавив к ней предложение российского ученого И.А. Арциховского о методе аэропоники [68] [с. 30-31]. Вместе с тем, эта идея ни К.Э. Циолковским, ни Ф.А. Цандером теоретически осмыслена не была. Они оба не заметили, что в космосе не происходит полного восстановления энергии, поскольку часть ее идет на компенсацию жизнедеятельности. Другими словами, в этом цикле наблюдается возрастание энтропии и требуется закрытую систему жизнеобеспечения как-то открыть – иначе круговорот веществ будет стремиться к нулю. Но как это сделать, где в космосе взять дополнительное и пригодное вещество? Без решения этого вопроса все многочисленные и поныне суждения об автономных длительных пилотируемых космических полетах, космических поселениях и пр. представляются попросту несостоятельными.
В 1914 году в Калуге вышла брошюра [112] с дополнениями к предыдущей статье. Сущность этих дополнений сводилась к тому, что некоторые положения, изложенные в предыдущих статьях, теперь формулировались в форме теорем, которые были или ошибочны, или не интересны, поскольку, как правило, могли быть получены, в ряде случаев, просто из поверхностного рассмотрения основных уравнений ракетодинамики.
В этом же году он, наконец, опубликовал отдельной брошюрой [97] свою работу, с опровержением второго начала термодинамики, которую закончил еще в 1905 году.
Понимая, что он в тепловых процессах не разбирался, вряд ли стоило подробно останавливаться на ее анализе, если бы не два обстоятельства.
Во-первых, К.Э. Циолковский сам придавал ей большое значение, отметив в автобиографии, что он опроверг Клаузиуса и Томсона.
Во-вторых, неожиданно идеи, высказанные им в этой небольшой по объему статье, до сих пор привлекают большое внимание и являются иногда источником заблуждений некоторых современных ученых. Достаточно сказать, что нам известны по крайней мере две книги [11] [56] и ряд статей, посвященных развитию этих его идей (см., например, [2] [47]).
Конечно, мы далеки от мысли решать здесь глобальные проблемы термодинамики и обсуждать все то, о чем говорят специалисты. Однако нам придется ответить на вопрос о том, действительно ли К.Э. Циолковский опроверг второй закон термодинамики, и, если ответ окажется отрицательным, необходимо будет указать на ошибку в его рассуждениях.
Со вторым законом термодинамики он, как и обычно, познакомился из научно-популярной литературы или из учебников. По крайней мере, «Механическую теорию теплоты» Р. Клаузиуса он не читал и это станет ясно любому, кто сопоставит эту работу с его работой [97].
Р. Клаузиус писал: «Теплота не может переходить сама собой от более холодного тела к более теплому» [24] [с. 133],.и добавил, что «Появляющиеся здесь слова «сама собой» требуют, чтобы быть вполне понятными, еще объяснения, которое дано мною в различных местах моих работ» [24] [с. 133].
Далее, объяснив в общих чертах содержание этих слов, с его учетом Р. Клаузиус дал вторую формулировку этого закона:
«Переход теплоты от более холодного тела к более теплому не может иметь места без компенсации» [24] [с. 134].
К.Э. Циолковский, не зная о существовании этих и других объяснений Р. Клаузиуса, начал свою работу именно с критики этих слов «сама собой», что и служит убедительным свидетельством незнания им всех аспектов этого закона в том виде, в каком они были изложены его автором.
«Что значит сама собой? – спрашивал он. – Может быть теплота от холодного тела к нагретому может переходить особенным неизвестным действием природы? Человеческой силой, умом, искусством? Не чудом же? Выходит, что сама собою теплота не переходит, но не сама собою переходит» [97] [с. 6].
Именно не сама собою и переходит, с компенсацией ее потерь, с осуществлением некоторой дополнительной работы и пр. В отмеченном выше цикле жизнеобеспечения на борту космического корабля будет наблюдаться рассеивание энергии и безусловное выполнение второго закона термодинамики до тех пор, пока не найдутся некоторые способы компенсации этого рассеивания, например, изготовлением на Луне удобрений и доставкой их на корабль.
