ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ТЕОРИИ МНОГОСТУПЕНЧАТОЙ РАКЕТЫ В РАБОТАХ К. Э. ЦИОЛКОВСКОГО «ГРЕЗЫ…» (1895 Г.) И «ИССЛЕДОВАНИЕ…» (1911-1912 ГГ.)

© А.И.Зинченко, Н.А.Максимовская
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "Исследование научного творчества К.Э. Циолковского"
2007 г.

Впервые в истории реактивного движения многоступенчатость на пороховых ракетах применили еще в древнем Китае. Пороховые ракеты интересны тем, что дальность полета ракеты, а значит и время горения пороха, зависят от конструкции одного заряда. Если мы ставим задачу увеличить дальность полета ракеты, т. е. время горения пороха, нам необходимо увеличить количество пороха в заряде. Но парадокс решения заключался в том, что это не могло продолжаться бесконечно, поскольку неминуемо приводило к неуправляемому процессу горения и последующему взрыву. Опыт показывал, что единственным выходом из положения было размещение в ракете нескольких зарядов, которые зажигались при помощи специальных устройств. Таким образом, появились многоступенчатые ракеты.

Как известно, с жидкостной ракетой дело обстоит несколько иначе. На первый взгляд, кажется, что дальность полета ракеты, время работы двигательной установки и рост конечной скорости ракеты зависят только от величины баков. Казалось бы, делай гигантские топливные баки, и вопрос космического полета решен. Однако формула Циолковского дает нам понимание того, что это невозможно. Только исследуя ее, и только путем математического анализа, можно прийти к выводу, что скорость простой одноступенчатой ракеты не находится в прямо пропорциональной зависимости от времени работы двигателя. Именно Число Циолковского предостерегает, что возникнет замкнутый круг: при увеличении массы топлива неизбежно увеличится масса конструкции самой ракеты; но чем больше масса конструкции, тем больше потребуется топлива. Другими словами, значение максимально достижимой скорости для жидкостной ракеты ограничивается математической зависимостью, вытекающей из формулы Циолковского.

Теория составных ракет развита Циолковским в ряде работ, начиная с 1926 г., а именно, с последнего издания основополагающего труда по теоретической космонавтике «Исследование мировых пространств реактивными приборами», где в формулу конечной скорости ракеты вводится значение начальной скорости, а также предлагается идея двухступенчатой ракеты – земной ракеты и вложенной в нее космической.

Цель данного исследования — выявление и анализ информации в трудах Циолковского, которая свидетельствует о том, что предпосылки к разработке теории многоступенчатых ракет имели место в творчестве ученого до 1926 г.

Прообразом многоступенчатых ракет, в частности, ракетного космического поезда, можно считать многоэтажные кольцевые поезда, о которых ученый писал в его научно-фантастической повести «Грезы о земле и небе и эффекты всемирного тяготения», опубликованной в 1895 г. В спорах о научных приоритетах относительно теории многоступенчатых ракет этот факт нельзя игнорировать. Биограф Циолковского С. И. Самойлович отмечал: «Ростки этих мыслей восходят к его «Грезам о Земле и небе»…в 1895 году. Эту дату надо помнить!».

Другим, еще более убедительным фактом, является идея Циолковского, высказанная впервые в статье «Исследование мировых пространств реактивными приборами» 1911-1912 гг. Циолковский предлагает помочь ракете развить большую скорость за счет использования вращения Земли и проведения запусков ракет с экватора в направлении вращения Земли, что принесет, по подсчетам ученого, уменьшение необходимой скорости ракеты на 463 м/сек.

Отмеченные выше способы можно оценивать, с точки зрения современной науки, как способы создания начальной скорости ракеты до запуска ее двигателя (V0 в формуле 1926 г.).

По мнению авторов, Циолковский создал не только для себя лично, но и для ученых Запада предпосылки для введения в формулу конечной скорости ракеты («Исследование…» 1903 г.) значения ее начальной скорости и разработки основ теории многоступенчатой ракеты; древняя идея многоступенчатых ракет нашла свое продолжение в теоретических разработках многоступенчатых космических ракет второго и третьего десятилетий ХХ века через предвидение основоположника теоретической космонавтики.