Дирижабль, самолет-моноплан и автопилот: открытия Циолковского, о которых мало кто знает

Циолковский, с одной стороны, слишком хорошо известен – кто не знает провинциального гения, который описывал все подробности межпланетных перелетов за несколько десятков лет до появления космонавтики? С другой стороны, именно растиражированность образа эксцентричного глуховатого теоретика затмила реального ученого, который занимался разработками не только в области космоса. Многое из того, что он придумал и научно обосновал, для нас, людей XXI века, – нечто само собой разумеющееся, и мы пользуемся изобретениями, даже не догадываясь, кто стоял у их истоков. Дирижабль, автопилот, транспорт на воздушной подушке, аэродинамическая труба, оригинальная схема газотурбинного двигателя и сверхзвукового самолета… Циолковский оставил после себя более 450 рукописей научных, научно-популярных и научно-просветительских работ, а тысячи его писем коллегам и единомышленникам смело можно издавать как тематические статьи. И ведь его архив изучен всего на одну треть, большая часть не опубликована и по сей день! Вот лишь три открытия гения, опередившего свое время.

Дирижабль

Это первый из множества придуманных Циолковским аппаратов, получивший массовое распространение. «В 1885 году, имея 28 лет, я твердо решил отдаться воздухоплаванию и теоретически разработать металлический управляемый аэростат», – писал он позже в автобиографии. Тогда и самого слова «дирижабль» не существовало. Воздушные шары, изобретенные сто лет назад братьями Монгольфье, уже усовершенствовались (их изготавливали из прорезиненной ткани), но по-прежнему имели небольшие объемы, были ненадежными и малоуправляемыми.

Калужский самоучка выдвинул новаторскую идею – изготавливать оболочку аэростата из тонкого гофрированного металла, которая, во-первых, будет на порядок прочнее, а во-вторых, позволит сохранять постоянную подъемную силу при различной высоте полета и температуре атмосферы. Объем аэростата даже по нынешним меркам предлагался огромный – 500 000 м2, почти вдвое больше объема супергигантов «Гинденбург» и «Граф Цеппелин II», построенных в 1920-е годы. Вместо взрывоопасного водорода аппарат должен был наполняться нагретым воздухом.

Уже в 1890 году Циолковский подготовил документ для патентования «О возможности построения металлического аэростата», а в 1892 году вышла его книга «Аэростат металлический управляемый» со всеми теоретическими обоснованиями и расчетами. Однако для тех лет проект оказался чересчур смелым. У Академии наук признания он не получил, в субсидии на постройку модели отказали. Константин Эдуардович направлял предложение даже в Генеральный штаб армии, но и там его изобретение сочли фантастическим.

А через 30 лет грянул «золотой век» дирижаблей – их массово выпускали и эксплуатировали по всему миру. Идеи Циолковского стали фундаментом для разработки в Германии знаменитых «цеппелинов». Между прочим, советский Дирижаблестрой в 1930-е годы произвел полноценную конструкторскую проработку аэростата Циолковского и доказал обоснованность предложенной им концепции. Однако аппарат так и не построили: из-за многочисленных аварий работы по крупным дирижаблям были свернуты не только в СССР, но и в других странах.

Хотя в наше время, с развитием технологий и тенденцией к созданию экологически чистого транспорта, к дирижаблям возникает все больше интереса, и не исключено, что в ближайшем будущем они снова завоюют небо.

Самолет-моноплан

В работе «Аэроплан, или Птицеподобная (авиационная) летательная машина», опубликованной в 1894 году, Циолковский впервые высказал идею моноплана.

Монопланами являются почти все современные самолеты (за малым исключением легкомоторников) – у них одна несущая поверхность. Но в те времена, когда человечество только-только осваивало небо, летательные аппараты в массе своей представляли собой бипланы, трипланы, а то и более сложные «этажерки». Просто потому, что такая конструкция позволяла при меньшем размахе увеличить площадь крыльев и добиться большей подъемной силы, что при недостатке прочности очень существенно. Строили-то из деревянных реек и ткани. Именно прочностные характеристики материалов ограничивали и размер крыльев, и мощность моторов – как только самолеты научились делать из металла, конструкторская мысль усовершенствовала их форму, энерговооруженность и возможности двигателей до немыслимых пределов.

Так вот, Константин Эдуардович Циолковский первым обосновал положение о необходимости улучшения обтекаемости фюзеляжа аэроплана в целях получения больших скоростей, а также предложил строить аэропланы с металлическим каркасом из трубок. В упомянутой работе приводятся описание и чертежи моноплана. По своему внешнему виду и аэродинамической компоновке он предвосхищал конструкции самолетов, которые появились лишь через 15–18 лет: крылья имеют толстый профиль с округленной передней кромкой, а фюзеляж – обтекаемую форму.

Автопилот

Описывая все подробности полета в книге «Аэростат металлический управляемый», Циолковский задался вопросом: поскольку воздушное судно постоянно находится под воздействием различных сил (изменения ветра, например), то возможно ли сконструировать руль, который будет поддерживать его автоматически, без участия аэронавта? Ответом стал придуманный им же «регулятор устойчивого направления оси». В качестве чувствительного элемента, сообщающего об изменении положения аэростата, Циолковский предложил использовать дугообразную трубку с ртутью: если аэростат наклоняется, ртуть переместится и замкнет контакты, включая генератор электричества (он работал от мотора аэростата), тот приводит в действие насос, который погонит воду по длинной трубе вдоль продольной оси корабля – вес этого балласта и выровняет аэростат.

В 1932 году Циолковский разработал схемы устройства воздушных судов для полета с гиперзвуковыми скоростями – в военной авиации эти технологии на пике развития

И хотя сие изобретение не имеет ничего общего с автопилотами, которые используются в авиации сейчас, в истории человечества это была первая попытка создать прибор, который поддерживал бы заданную траекторию летательного аппарата без вмешательства человека.

И ведь на этом Циолковский не остановился. Через два года в статье «Аэроплан, или Птицеподобная (авиационная) летательная машина» он вновь вернулся к проблеме автопилота, но теперь выдвинул совсем другую идею: «Мне кажется, для аэроплана следует употребить как регулятор горизонтальности маленький быстро вращающийся диск, укрепленный на осях таким образом, чтобы его плоскость могла всегда сохранять одно положение, несмотря на вращение и наклонение снаряда. При быстром, непрерывно поддерживаемом вращении диска (гироскоп) его плоскость будет неподвижна относительно снаряда». Вот оно! Именно гироскоп лежит в основе нынешних автопилотов.

Ну а первый полет самолета, автоматически управляемый гироскопическим автопилотом американской фирмы Sperry, был продемонстрирован на Всемирной выставке в Париже в 1914 году.