Текст книги "Циолковский"

Автор книги: Михаил Арлазоров

сообщить о нарушении

Текущая страница: 17 (всего у книги 23 страниц)

23. Калужский учитель и профессора из Геттингена

Внешне Геттинген ничем не примечателен – обычный заштатный городок, каких в Германии десятки. Путешественник вряд ли обратил бы внимание на его полудеревянные домишки под красной чешуей черепицы, не знай он о славе этого города.

На рубеже двадцатых и тридцатых годов Геттинген выглядел особенно домашним, особенно уютным. Горничные в накрахмаленных наколках и белых фартуках прогуливали холеных породистых псов. Неторопливо шагали по улицам пешеходы. Велосипедистов можно было пересчитать по пальцам, а автомобилистов Геттинген и вовсе не знал. Глядя на его улицы, можно было подумать, что ураган мировой войны никогда и не бушевал над Европой, что никогда не собирались в мюнхенских пивных люди, одетые в коричневые рубашки, называвшие себя рабочей национал-социалистической партией.

И все же, несмотря на старомодность, на традиционно провинциальный облик, физики всей планеты считали старый добрый Геттинген одним из центров своей науки. Слава прошлого встречалась здесь со славой грядущего. Там, где в девятнадцатом столетии преподавал Карл Фридрих Гаусс, в двадцатом читали лекции Анри Пуанкаре, Нильс Бор, Зоммерфельд, Смолуховский и Планк...

И вот в город, где ходили в студенческих шапочках те, кого мы сегодня считаем крупнейшими физиками мира, в город, на улицах которого обдумывал свои идеи Альберт Эйнштейн, пришла слава Циолковского. Работы калужского учителя не могли не заинтересовать геттингенских профессоров – ведь они стали оружием той пресловутой «битвы формул», с которой ракета укоренялась в Германии.

Небольшая брошюра Циолковского «Ум и страсти», опубликованная в 1928 году, рассказывает об интересе геттингенских профессоров к Калуге. Циолковский цитирует в ней письма Шершевского, в том числе и письмо от 8 ноября 1926 года, где Шершевский упоминает об «Исследовании мировых пространств реактивными приборами». «Надеюсь, – писал он Циолковскому, – что Ваш новый труд явится уже давно обещанной Вами полной математической разработкой космической ракеты... Срочно жду эту книгу... Во имя науки прошу сейчас же выслать ее...» И тут же вопрос: «Здесь в газетах промелькнуло известие, что вы строите в Москве ракету на 11 человек. Что это? 1) утка, 2) ложь или 3) не поддается оглашению?.. Высланные Вами книги жду с нетерпением. Если знаете адрес инженера Цандера (тоже работает над ракетой), то прошу сообщить».

Шершевский настойчив. В его письме от 29 декабря 1929 года можно прочесть: «Уже давно не получал от Вас известий и думал, что Вы, может быть, в Москве заняты постройкой Вашего реактивного снаряда. Здесь носятся о Вас такие своеобразные слухи, во всяком случае, газеты „чирикают“ много о Ваших работах. Так д-р физики Валье сообщил мне из Мюнхена, что он в газетах читал о Ваших трудах...»

Заинтересовавшись отрывками писем, опубликованными Циолковским, я ознакомился с их оригиналами, хранящимися в архиве Академии наук. Оригиналы проливали дополнительный свет на отношения друг к другу двух великих умов двадцатого столетия – Циолковского и Эйнштейна.

«Эйнштейн снова читает в Университете, – сообщал Циолковскому Шершевский. – Он с интересом прочтет Вашу ньютоновскую механику атома...» Но Циолковский не рискнул послать эту работу. Свидетельством тому карандашная приписка, сделанная Константином Эдуардовичем между строк письма: «Боюсь...» Второе слово разобрать не удалось. Полустертое, оно так и не позволило выяснить, чего же боялся Циолковский, что помешало поделиться своими мыслями с Эйнштейном.

А вот другая фраза Шершевского. «Он (Эйнштейн – М.А.) работает сейчас особенно напряженно над вопросами теории гравитации». Это сообщение было для Циолковского чрезвычайно интересным. И не только потому, что Эйнштейн пытался раскрыть тайны силы, которую предстояло преодолеть ракетам, не потому, что Константин Эдуардович сам отдал должное ее анализу в 1893 году, опубликовав статью «Тяготение как источник мировой энергии».

Теоретические разработки Эйнштейна невероятно сложны. Во многом они умозрительны. Циолковский же любил искать в опыте опору всем, пусть самым необычным, самым головокружительным гипотезам и теориям.

Я ничуть не удивился, обнаружив вырезанные Константином Эдуардовичем из «Правды» статьи А. Ф. Иоффе «Что говорят опыты о теории относительности Эйнштейна» и А. К. Тимирязева «Подтверждают ли опыты теорию относительности», «Опыты Дейтон-Миллера и теория относительности».

Обратите внимание: все эти статьи об одном – об опытной проверке теории относительности. Теоретические воззрения Эйнштейна были проверены в 1919 году. Астрономы дважды сфотографировали один и тот же участок неба. Один раз, когда солнце было вблизи этого участка, второй раз, когда оно ушло от него. И удивительное дело: звезды, казалось, сошли со своих мест. Так проявило себя могучее притяжение солнца, искривившее лучи света, пойманные фотопластинками.

А когда были сделаны подсчеты, оказалось, что степень искривления луча света, установленная опытным путем и рассчитанная по теории Эйнштейна, почти совпали. Ученые восхищались. Эйнштейн же ограничился лишь одной фразой:

– Я не ожидал ничего другого...

Циолковскому хотелось знать об Эйнштейне как можно больше. Верный своей манере выделять главное, Константин Эдуардович подчеркивает в письме Шершевского слова: «Человек он милый, веселый, простой». Легкий след карандаша рассказывает нам, как старался Циолковский представить себе облик того, кто сокрушил устои ньютоновской физики.

Связь между массой и энергией, неизвестная старой физике. Полное переосмысливание законов времени и пространства. Разработка новой теории тяготения. Таковы лишь некоторые из важнейших выводов Эйнштейна. Спустя много лет они, вероятно, принесут свои плоды великому делу покорения космоса – главному делу жизни Циолковского.

Было бы странно, более того – противоестественно, если бы Константин Эдуардович не испытывал уважения к Эйнштейну. Но, как мы знаем, в науке для Циолковского не существовало непререкаемых авторитетов. Вот почему закономерно свидетельство Льва Кассиля в статье «Звездоплаватель и земляки» о том, что Циолковский писал ему письма, «где сердито спорил с Эйнштейном, упрекая его ...в ненаучном идеализме». Прочитав эти строчки, я тотчас же позвонил Л. А. Кассилю. Меня интересовал единственный вопрос:

– Как познакомиться с письмами Циолковского?

Увы, случилось непоправимое: письма погибли. И тогда я внимательно перечитал письма Константина Эдуардовича В. В. Рюмину, копии которых любезно передала мне Т. В. Рюмина. Одно из них частично отвечало на мой вопрос. B апреле 1927 года Циолковский писал Рюмину: «Меня очень огорчает увлечение ученых такими рискованными гипотезами, как „эйнштейновская“. Почему столь нелестен отзыв Циолковского? К сожалению, прямого ответа найти пока не удалось. Что же касается ответа косвенного, то его с предельной четкостью сформулировал в своей статье „Наука и время“ академик Арцимович. „Научный работник пожилого возраста, – писал академик Арцимович, – в большинстве случаев смотрит на науку сегодняшнего дня с точки зрения тех идей, на которых складывалось его мировоззрение в годы, когда он достиг научной зрелости и сделал свои лучшие работы“.

В том, что Циолковский не был исключением из правила, выведенного академиком Арцимовичем, убеждает интересная деталь. Журналистка Е. Кузнецова, побывавшая в тридцатых годах у Циолковского с группой кинематографистов, готовившейся к съемкам фильма «Космический рейс», рассказывает, как Константин Эдуардович сказал о себе:

– Я ученый девятнадцатого века!

Да, это было честное признание. Старому ученому, воспитанному на ньютоновской физике и сделавшему с ее помощью свои бессмертные, открытия, пришлось бы совершенно перестроить мышление, чтобы стать на позиции Эйнштейна.

По мере того как Циолковский знакомился с теорией Эйнштейна, ему становилось все труднее и труднее солидаризироваться с ее создателем. Уж больно смелые выводы позволяла делать эта теория! Примером тому история с «красным смещением».

История эта действительно производила впечатление. Она началась с того, что американские астрономы В. Слайфер и Э. Хаббл обнаружили смещение линий на спектрах света далеких галактик. Линии сдвинулись к красному концу; причем их смещение было тем больше, чем дальше располагалась галактика. Анализ наблюдений американцев привел советского ученого А. А. Фридмана к выводу (который разделяют и его современники), что галактики разбегаются со скоростью около 120 тысяч километров в секунду. Расчетами Фридмана не замедлил воспользоваться бельгийский математик аббат Жорж Лемэтр. В 1927 году он выдвинул гипотезу возникновения вселенной из точечного «атома-отца». От такой, с позволения сказать, гипотезы до мыслей о сотворении мира богом рукой подать. И вот что интересно. Поначалу не согласившись с Фридманом, Эйнштейн после знакомства с письмом, которое прислал ему Фридман, публично признал неправоту своей критики. Эйнштейн писал в немецком «Физическом журнале», что признает свою первоначальную неправоту и считает «результаты господина Фридмана правильными и исчерпывающими». Однако если согласиться с выводами А. А. Фридмана, вселенная после неслыханного расширения должна была бесконечно сжиматься. Миру предстояла гибель!

Более чем через четверть века советские ученые, доктора наук Е. М. Лифшиц и И. М. Халатников занялись исследованием расчетов А. А. Фридмана и установили, что кончина мира, вытекавшая из уравнений, просмотренных Эйнштейном, представляет собой лишь следствие допущенных упрощений.

Разумеется, Циолковский не мог знать о выводах, к которым спустя много лет после его смерти придет наука. Но, быть может, согласие Эйнштейна с неотвратимо разбегающейся вселенной укрепило отрицательное отношение Константина Эдуардовича к взглядам великого физика.

И все же, во многом не соглашаясь с Эйнштейном, Циолковский внимательно следил за его работами. Бесспорно и другое: Эйнштейн тоже заинтересовался удивительным русским из маленького городка Калуги.

Казалось бы, что могло связывать столь разных людей, как Эйнштейн и Циолковский? И тем не менее интерес главы мировой физики к скромному учителю из Калуги вполне объясним. Его объясняет нам сам Эйнштейн.

«Школьная зубрежка, мешающая молодым людям с удивлением взирать на мир, отнюдь не является столбовой дорогой в науку. Тот факт, что мне самому посчастливилось открыть кое-что, и в частности создать теорию относительности, я объясняю тем, что мне удалось в какой-то мере сохранить эту способность удивляться. Когда подавляющее большинство физиков продолжало со школьной скамьи, совершенно не задумываясь, пользоваться ньютоновскими формами пространства и времени, я попробовал не поверить и рассмотреть весь вопрос заново...»

Оценив работы Циолковского по космической ракете, Эйнштейн не прочь ознакомиться и с сочинением по ньютоновской механике атома. Большая честь! Ее удостаивались немногие.

Впрочем, как мы уже знаем, не только Эйнштейна интересовали труды Константина Циолковского.

В сентябре 1929 года Константина Эдуардовича поздравляет с днем рождения (кто бы вы думали!) Герман Оберт. Наполненное цветисто-пышными пожеланиями здоровья и творческих успехов, его письмо заканчивается так: «Вы зажгли огонь, и мы не дадим ему погаснуть, но постараемся осуществить величайшую мечту человечества...»

Циолковский вежливо благодарит и посылает несколько своих брошюр. Оберт не заставляет себя ждать с ответом.

«Многоуважаемый коллега,– пишет он,– большое спасибо за присланный мне письменный материал! Я, разумеется, самый последний, который оспаривал бы Ваше первенство и Ваши услуги 16 16
  Это письмо было написано по-русски. Вероятно, Оберт, недостаточно хорошо знавший язык, перепутал «услуги» и «заслуги».


[Закрыть]по делу ракет, и я только сожалею, что не раньше 1925 года услышал о Вас. Я был бы, наверное, в моих собственных работах сегодня гораздо дальше и обошелся без многих напрасных трудов, зная раньше Ваши превосходные работы...»

Впрочем, Циолковский, вероятно, понял это очень скоро – Оберт лицемерил. Он и в последующих работах (даже в тех, что были изданы после второй мировой войны в Нью-Йорке) никогда не упоминал о Циолковском. Я думаю, что Оберт нарочито демонстрировал Константину Эдуардовичу свое уважение и добрые чувства, дабы использовать затем его знания. Быть может, я и не прав, но не могу предполагать иное после той находки, которую мне посчастливилось сделать; просматривая письма Я. А. Раппопорта Циолковскому, я натолкнулся на перевод письма А. Шершевского, сделанный Раппопортом по просьбе Циолковского. Вопросы, которые задавал Берлин Калуге, заставляли насторожиться. Вот, к примеру, некоторые из них:

«Как вы представляете себе конструктивное устройство сопла для углеводородов – с предварительным сжатием или без него? Как Вы представляете себе устройство инжекторов, так как насосы почти невозможны?»

Неизвестно, что ответил Циолковский. К сожалению, среди его бумаг не сохранилось черновиков ответов. Что же касается важности вопросов, то об этом красноречиво свидетельствует Вилли Лей. В книге «Ракеты и полеты в космос» он пишет, что проблема топливного насоса для ракет оставалась неразрешенной до середины второй мировой войны, когда уже подходила к концу работа над ракетами ФАУ-2.

Но не только Эйнштейну и немецким ракетчикам стали известны изданные в Калуге брошюрки в пестрых обложках. К числу их читателей вскоре прибавился знаменитый аэродинамик Людвиг Прандтль. Удивить чем-либо профессора Прандтля – нешуточное дело. А он с интересом прочитал труды Константина Эдуардовича о полетах на больших скоростях.

24. Огненная встреча с Землей

Проблема ракеты обрастала все новыми и новыми фактами. Аэродинамика и автоматика управления, химия горения топлива и жаропрочные материалы, стенды для испытаний и устройства для приземления... Вопросам и трудностям нет числа. Словно молодой лес вырос подле старого, глубоко укоренившегося дерева. И Циолковский, несмотря на свой возраст (а ведь ему уже семьдесят лет!), неукротимо рвался сквозь джунгли неведомого. Смогли ли оценить это стремление современники? Отвечая на этот вопрос, снова придется вернуться к письму Шершевского, найденному в переписке с Раппопортом.

В первых же строках Шершевский сообщал Константину Эдуардовичу об интересе немецких газет к его работам. Затем, вспомнив мысли о сопротивлении воздуха, высказанные в «Исследовании мировых пространств реактивными приборами» 1926 года, заметил: «Эти исследования здесь еще малоизвестны, особенно трение(подчеркнуто Циолковским. – А.) воздуха как функции пограничного слоя и уменьшении толщины пограничного слоя. Во всяком случае я послал оттиск профессору Л. Прандтлю в Геттинген».

Несколькими строками ниже еще одна интересная деталь: немецких ученых интересует мнение Константина Эдуардовича о сечении и очертании крыльев аппарата, летящего на сверхзвуковых скоростях, а приземляющегося на обычных.

Отвечая на такого рода письма (а их приходило в Калугу немало), Циолковский опубликовал работу «Давление на плоскость при ее нормальном движении в воздухе». Во введении к этой брошюре он писал: «Я даю тут, как мне кажется, новое по сопротивлению воздуха. Но, во-первых, я не считаю это строго научным; во-вторых, не уверен, что кто-нибудь не дал ранее тех же формул». О работе С. А. Чаплыгина по газовой динамике Циолковский, подобно большинству ученых того времени, не знал.

Старый ученый одновременно осторожен, но тверд. «Взятая мною на себя задача,– сообщает он читателям, – имеет много применений – между прочим, к определению сжатого воздуха в переднем отверстии летающего самолета или другого снаряда. Дело в том, что этим сжатием в разреженных слоях воздуха можно усилить работу моторов».

Слов нет, решение задачи сверхзвукового полета действительно сулило многое, но в этом многообразии Циолковский сразу же обратил внимание на главное: явления, «происходящие при изменении объема газа». Принцип несжимаемости воздуха – один из основных принципов аэродинамики дозвуковых скоростей – отброшен. Отсюда совершенно правильный вывод о «воздушной стене», возникающей на пути сверхзвукового самолета.

Да, такая «стена» существует. И это понятно. Любой самолет (даже летящий гораздо медленнее звука) баламутит воздух, возмущает его. Возмущения убегают от машины со звуковой скоростью. Они как бы разносят сигнал: расступись! Повинуясь этой команде, встречный воздух обтекает машину плавными струями.

Все выглядит иначе при полете быстрее звука. Обогнав порожденные им возмущения, самолет врезается в воздух, уплотняет его. Тонкий слой сжатого воздуха движется вместе с машиной. Давление в этом слое возросло резко, скачкообразно. Отсюда и его название – скачок уплотнения. Как гигантская гребенка, прочесывает скачок встречный воздух. Частицы воздуха с огромным трудом протискиваются «между зубьями гребенки». За счет трения уплотнившийся в скачке воздух нагревается. Вот и выходит, что большая часть мощности двигателей машины растрачивается понапрасну. Она уходит на бессмысленный и никому не нужный нагрев атмосферы.

Теперь всем все ясно, а тогда сверхзвуковой полет являл собой сплошную загадку. Вот почему оттиск работы Циолковского попал в Геттинген, к самому профессору Прандтлю, построившему для своих экспериментов сверхзвуковую аэродинамическую трубу.

Установка геттингенского профессора (один из немецких корреспондентов Циолковского прислал в Калугу ее описание) представляла собой два стальных резервуара объемом по 10 кубометров, соединенных трубой диаметром 0, 3 метра. Для проведения опыта Прандтль помещал модель внутри трубы, подле глухой перегородки. Затем давление в одном резервуаре поднималось до 10 атмосфер, а в другом – снижалось до минус одной атмосферы. Раздавался сильный взрыв. Разность давления сметала перегородку. Какое-то мгновение модель обтекалась с гигантской скоростью, а процесс обтекания фиксировался на пленку.

Способ рационален и остроумен (не зря он дожил и до наших дней). Циолковский жалел лишь об одном: такой эксперимент в домашней лаборатории не поставишь!

И, лишенный возможности экспериментировать, Константин Эдуардович иллюстрирует свою мысль опытом, поставленным самой природой. Как известно, пролетая сквозь атмосферу, метеориты накаляются и светятся. Циолковский подсчитал: при скорости 5 километров в секунду воздух уплотняется в 400 раз, а температура его доходит до 65 000°С. Космические гости мчатся еще быстрее – 50 километров в секунду, 180 тысяч километров в час – такова скорость метеорита, оставляющего горячий яркий след в ночной атмосфере.

Три десятилетия прошло с тех пор, как Циолковский заинтересовался аэродинамическим нагревом. Вокруг нашей планеты закрутились орбитальные космические корабли. Огненным вихрем встречала их на спуске воздушная рубашка планеты. И вот как выглядит эта встреча в протокольно точной записи Героя Советского Союза, летчика-космонавта Германа Титова:

«...„Восток-2“ вошел в плотные слои атмосферы. Его теплозащитная оболочка быстро накалялась, вызывая яркое свечение воздуха, обтекающего корабль. Я не стал закрывать шторки иллюминаторов – хотелось подробнее проследить за тем, что делается снаружи.

Нежно-розовый цвет, окружающий корабль, все больше сгущался, стал алым, пурпурным и, наконец, превратился в багровый. Невольно взглянул на градусник.– температура в кабине была нормальной: 22 градуса по Цельсию. Гляжу прищуренными глазами на кипящий вокруг огонь самых ярчайших расцветок. Красиво и жутковато. А тут еще жаропрочные стекла иллюминаторов постепенно желтеют. Но знаю, ничего опасного не произойдет: тепловая защита корабля надежна и многократно проверена в полетах».

Много событий отделяют догадки Циолковского от полетов советских космонавтов. Сначала возник звуковой барьер. Гибли летчики, рассыпались в воздухе самолеты. И лишь союз ученых с летчиками-испытателями позволил преодолеть этот воистину кровавый барьер и вторгнуться в царство высоких температур.

Высокая температура принесла авиационным конструкторам множество острых проблем, без разрешения которых главная цель жизни Циолковского – овладение космосом – так и осталась бы красивой, но, увы, бесплодной мечтой.

На самолетах появились холодильные установки (о необходимости охлаждать летательные аппараты предупреждал своих читателей Циолковский). Аэродинамики и гидродинамики углубились в анализ явлений, протекающих в пограничном слое. И как не вспомнить письмо из Берлина с оценкой аэродинамических размышлений Циолковского: «Эти исследования здесь еще малоизвестны, особенно трение воздуха как функции пограничного слоя...»

О борьбе с аэродинамическим нагревом можно было бы рассказать бездну интересного, поражающего воображение. Летательные аппараты защищает многослойная керамическая облицовка – броня, которая сгорает, не пропуская внутрь грозное тепло. Или потеющая обшивка – пористый материал, через который выдавливается легко испаряющаяся жидкость. За счет ее испарения тепло рассеивается. Увы, многого не расскажешь – слишком далеко пришлось бы уйти от основной темы. Однако есть проблемы, не упомянуть о которых просто невозможно. Среди них диссоциация и ионизация воздуха.

Явления, сопутствующие гиперзвуковым скоростям, как принято называть скорости, в 5-6 раз превышающие звуковые, заставляют вторгнуться в дебри физики и химии. Чтобы не заблудиться в этих дебрях, поверим специалистам, которые предлагают представить атомы молекул газов, составляющих воздух, как бы связанными между собой пружинами. Чем больше скорость, тем чаще соударяются друг с другом молекулы, и ,наконец, межатомная «пружина» не выдерживает; она рвется. Разрушение молекул, неизбежно сопутствующее большим скоростям полета, называют диссоциацией. Разрыв молекул потребляет огромное количество энергии, и рост температур замедляется.

Шутка ли, расколоть за счет скорости полета молекулу на атомы. Однако этим дело не кончается. Вслед за диссоциацией воздуха начинается его ионизация. Летательный аппарат мчится еще быстрее, и процесс заходит еще глубже. При очень больших скоростях полета электроны отрываются от атомов. И атом, потерявший электрон, и атом, подхвативший его, и свободный электрон – все они несут электрические заряды. Их называют ионами. Отсюда и название процесса – ионизация воздуха.

При чрезвычайно больших температурах электроны оторвутся от всех ионов. Ионы превратятся в голые ядра. Незаметно для самих себя мы подошли к важному понятию современной физики – понятию плазмы.

Справедливости ради заметим, что при нынешних скоростях полета до плазмы дело не доходит. Процесс ограничивается лишь возникновением ионизированного воздуха. Однако этот воздух становится проводником электрического тока. А это значит, что на него можно воздействовать электрическими и магнитными полями. Отсюда возникновение новой науки – магнитоаэродинамики. Выросшая на стыке аэродинамики и атомной физики, она сулит подлинные чудеса.

В самом деле, разве не чудо, что ударная волна, десяток лет назад злейший враг летчиков и конструкторов, преодолевших звуковой барьер, может стать его союзником? А ведь человеческая мысль стремится превратить воздух в щит, побеждающий огонь.

Чтобы решить эту задачу, нужно отодвинуть ударную волну от ракетоплана. Легко сказать – отодвинуть! Попробуйте ковать металл без соприкосновения с молотом. Пожалуй, задача, стоящая перед аэродинамиками, ничуть не легче. И все же она разрешима.

Стремясь овладеть термоядерной энергией, физики придумали «магнитные бутылки» – незримые сосуды для хранения плазмы. Сильные магнитные поля способны удержать плазму не хуже, чем стенки стакана воду. А что, если разместить ракетоплан внутри магнитной бутылки? Снабдить машину магнитом, способным отодвинуть ионизированный слой раскаленного воздуха? Кто знает, быть может, именно так, прикрытые щитом, преграждающим дорогу огню, ворвутся через десятки лет земные космические корабли в атмосферу чужих планет...