Константин Эдуардович Циолковский. Основные труды

 

В Вятку Константин вернулся ослабшим, исхудавшим и измождённым. Тяжёлые условия жизни в Москве, напряжённая работа привели также  к ухудшению зрения. После возвращения  домой Циолковский стал носить очки. Восстановив силы, Константин начал  давать частные уроки по физике и  математике. Первый урок получил благодаря  связям отца в либеральном обществе. Проявив себя талантливым педагогом, в дальнейшем не имел недостатка в  учениках.

 

При ведении уроков Циолковский применял собственные  оригинальные методы, главным из которых  была наглядная демонстрация — Константин делал бумажные модели многогранников для уроков геометрии, вместе с учениками  проводил многочисленные опыты на уроках физики, чем заслужил славу преподавателя, хорошо и понятно объясняющего материал, на занятиях с которым всегда интересно.

 

Для изготовления моделей  и проведения опытов Циолковский  снял мастерскую. Всё свое свободное  время проводил в ней или в  библиотеке. Читал очень много  — специальную литературу, беллетристику, публицистику. Согласно автобиографии, в это время прочитал журналы  «Современник», «Дело», «Отечественные записки» за все годы, что они  издавались. Тогда же прочёл «Начала» Исаака Ньютона, научных взглядов которого Циолковский придерживался всю  дальнейшую жизнь.

 

В конце 1876 года умер младший брат Константина Игнатий. Братья с детства были очень близки, Константин доверял Игнатию свои самые сокровенные мысли, и смерть брата стала тяжёлым ударом.

 

К 1877 году Эдуард Игнатьевич был уже очень слаб и болен, сказалась трагическая смерть жены и детей (кроме сыновей Дмитрия  и Игнатия в эти годы Циолковские  потеряли самую младшую дочь —  Екатерину — она скончалась в 1875 году, во время отсутствия Константина), глава семейства вышел в отставку. В 1878 году вся семья Циолковских  вернулась в Рязань. 
 
 
 
Возвращение в Рязань. Экзамены на звание учителя (1878—1880)

 

По возвращении  в Рязань семья жила на Садовой  улице. Сразу после приезда Константин Циолковский прошёл медицинскую  комиссию и был освобождён от воинской службы из-за глухоты. В семье предполагали купить дом и жить доходами от него, однако случилось непредвиденное —  Константин рассорился с отцом. В  результате Константин снял отдельную  комнату у служащего Палкина  и был вынужден искать другие средства к существованию, так как его  личные сбережения, накопленные с  частных уроков в Вятке подходили  к концу, а в Рязани неизвестному репетитору без рекомендаций не удавалось  найти учеников.

 

Для продолжения  работы учителем была необходима определённая, документально подтверждённая квалификация. Осенью 1879 года в Первой губернской гимназии Константин Циолковский держал экзамен экстерном на уездного учителя  математики. Как «самоучке», ему  пришлось сдавать «полный» экзамен  — не только сам предмет, но и  грамматику, катехизис, богослужение и  прочие обязательные дисциплины. Этими  предметами Циолковский никогда  не интересовался и не занимался, но сумел подготовиться за короткое время.

 

Успешно сдав экзамен, Циолковский получил направление  от Министерства просвещения в Боровск, расположенный в 100 километрах от Москвы, на свою первую государственную должность  и в январе 1880 года покинул Рязань. 
 
 
 
Боровск. Создание семьи. Работа в училище. Первые научные работы и публикации (1880—1892)

 

В Боровске, неофициальной  столице старообрядчества, Константин Циолковский жил и преподавал 12 лет, создал семью, приобрёл нескольких друзей, написал свои первые научные  работы. В это время начались его  контакты с российским научным сообществом, вышли первые публикации.

 

Приезд в Боровск  и женитьба

 

По приезде Циолковский  остановился в гостиничных номерах  на центральной площади города. После  долгих поисков более удобного жилья  снял две комнаты в доме вдовца, священника единоверческой церкви Евграфа  Егоровича Соколова.

 

Летом Константин сделал предложение дочери хозяина дома Варваре и 20 августа 1880 года в церкви Рождества Богородицы они обвенчались. Приданого Циолковский за невестой никакого не взял, свадьбы не было, венчание не афишировалось. В январе следующего года в Рязани скончался отец Константина  Эдуардовича. 
 
 
 
Работа в училище

 

В Боровском уездном  училище Константин Циолковский  продолжал совершенствоваться как  педагог: преподавал арифметику и геометрию  нестандартно, придумывал увлекательные  задачи и ставил удивительные, особенно для боровских мальчишек, опыты. Несколько раз запускал с учениками  огромный бумажный воздушный шар с «гондолой», в которой находились горящие лучины, для нагрева воздуха. Однажды шар улетел и это чуть не привело к пожару в городе.

 

Иногда Циолковскому приходилось заменять других преподавателей и вести уроки черчения, рисования, истории, географии, а один раз даже замещать смотрителя училища.

 

Первые  научные работы. Русское физико-химическое общество

 

После занятий в  училище и по выходным Циолковский  продолжал свои исследования дома: работал над рукописями, делал  чертежи, ставил эксперименты. В доме у него сверкают электрические молнии, гремят громы, звенят колокольчики, пляшут бумажные куколки.

 

Самая первая работа Циолковского была посвящена механике в биологии. Ей стала написанная в 1880 году статья «Графическое изображение  ощущений». В ней Циолковский  развивал свойственную для него в  то время пессимистическую теорию «взбаламученного нуля», математически обосновывал  идею бессмысленности человеческой жизни. Этой теории, по позднейшему  признанию учёного, суждено было сыграть роковую роль в его  жизни и в жизни его семьи. Циолковский отослал эту статью в журнал «Русская мысль», но там  её не напечатали и рукопись не вернули. Константин переключился на другие темы. 
 
 
 
В 1881 году Циолковский написал свою первую подлинно научную работу «Теория газов». Однажды его посетил студент Василий Лавров. Он предложил свою помощь, так как направлялся в Петербург и мог передать рукопись на рассмотрение в Русское физико-химическое общество (РФХО), весьма авторитетное научное сообщество в России того времени. В дальнейшем Лавров передал в РФХО и две следующие работы Циолковского. 
 
«Теория газов» была написана Циолковским на основе имевшихся у него книг . Циолковский самостоятельно разработал основы кинетической теории газов.

 

Вскоре Циолковский  получил ответ от Менделеева: кинетическая теория газов открыта 25 лет назад. Этот факт стал неприятным открытием  для Константина, причинами его  неосведомлённости были изолированность  от научного сообщества и отсутствие доступа к современной научной  литературе. Несмотря на неудачу, Циолковский  продолжил исследования. 
 

 

Второй научной  работой, переданной в РФХО, стала  статья 1882 года «Механика подобно  изменяемого организма». Профессор  Анатолий Богданов занятия «механикой животного организма» назвал «сумасшедствием». Отзыв Ивана Сеченова был в  целом одобрительным, но к печати работу не допустили:

 

Труд Циолковского несомненно доказывает его талантливость. Автор солидарен с французскими биологами-механистами. Жаль, что он не закончен и не готов к печати… 
 

 

Третьей работой, написанной в Боровске и представленной научному обществу, стала статья «Продолжительность лучеиспускания Солнца» (1883), в которой  Циолковский описывал механизм действия звезды. Он рассмотрел Солнце как идеальный  газовый шар, постарался определить температуру и давление в его  центре, время жизни Солнца. Циолковский  в своих расчётах использовал  лишь основные законы механики (закон  всемирного тяготения) и газовой  динамики (закон Бойля-Мариотта). Статью рассматривал профессор Иван Боргман. По мнению Циолковского, она ему  понравилась, но так как в первоначальном её варианте практически не было вычислений, «возбудила недоверие». Тем не менее, именно Боргман предлагал опубликовать представленные учителем из Боровска работы, что, впрочем, не было сделано. 
 
Члены Русского физико-химического общества единогласно проголосовали за принятие Циолковского в свои ряды, о чём сообщили в письме. Однако Константин не ответил: «Наивная дикость и неопытность», — сокрушался он позже.

 

Следующая работа Циолковского «Свободное пространство» 1883 года была написана в форме дневника. Это  своеобразный мысленный эксперимент, повествование ведётся от имени  наблюдателя, находящегося в свободном  безвоздушном пространстве и не испытывающем действия сил притяжения и сопротивления. Циолковский описывает ощущения такого наблюдателя, его возможности  и ограничения в передвижении и манипуляции с различными объектами. Он анализирует поведение газов  и жидкостей в «свободном пространстве», функционирование различных приборов, физиологию живых организмов — растений и животных. Главным результатом  этой работы можно считать впервые  сформулированный Циолковским принцип  о единственно возможном методе передвижения в «свободном пространстве»  — реактивном движении:

 

28 марта. Утро 
 
…Вообще, равномерное движение по кривой или прямолинейное неравномерное движение сопряжено в свободном пространстве с непрерывною потерею вещества (опоры). Также ломаное движение сопряжено с периодическою потерею вещества…

 

Теория  металлического дирижабля. Общество любителей  естествознания. Русское техническое  общество

 

Одной из главных  проблем, занимавших Циолковского почти  со времени приезда в Боровск, была теория аэростатов. Вскоре к нему пришло осознание, что это именно та задача, которой стоит уделить  наибольшее внимание:

 

В 1885 году, имея 28 лет, я твёрдо решился отдаться воздухоплаванию  и теоретически разработать металлический  управляемый аэростат. 
 
Из автобиографии К. Э. Циолковского

 

Применявшиеся в  то время аэростаты с оболочками из прорезиненной ткани имели  существенные недостатки — ткань  быстро изнашивалась, срок службы аэростатов был небольшим. Кроме того, из-за проницаемости ткани водород, которым  тогда наполняли аэростаты, улетучивался, а внутрь оболочки проникал воздух. Образовывался гремучий газ (водород+ воздух), достаточно было случайной  искры, и происходил взрыв.

 

Циолковский разработал аэростат собственной конструкции, результатом чего стало объёмистое сочинение «Теория и опыт аэростата, имеющего в горизонтальном направлении  удлинённую форму» (1885—1886). В нём  было дано научно-техническое обоснование  создания совершенно новой и оригинальной конструкции дирижабля с тонкой металлической оболочкой. Циолковский  привёл чертежи общих видов аэростата  и некоторых важных узлов его  конструкции. Основные особенности  разработанного Циолковским дирижабля : 
 
Объём оболочки был переменным, что позволило сохранять постоянную подъёмную силу при различной высоте полёта и температуре атмосферного воздуха, окружающего дирижабль. Эта возможность достигалась за счёт гофрированных боковин и особой стягивающей системы. 
 
Циолковский ушёл от применения взрывоопасного водорода, его дирижабль наполнялся горячим воздухом. Высоту подъёма дирижабля можно было регулировать с помощью отдельно разработанной системы подогрева. Воздух нагревался путём пропускания по змеевикам отработанных газов моторов.Тонкая металлическая оболочка также была гофрированной, что позволяло увеличить её прочность и устойчивость. Волны гофра располагались перпендикулярно оси дирижабля.

 

Во время работы над этой рукописью Циолковского посетил П. М. Голубицкий, уже известный  к тому времени изобретатель в  области телефонии. Он предложил  Циолковскому поехать с ним в  Москву, представиться знаменитой Софье  Ковалевской, приехавшей ненадолго  из Стокгольма. Однако Циолковский, по собственному признанию, не решился  принять предложение: «Моё убожество  и происходящая от этого дикость  помешали мне в этом. Я не поехал. Может быть, это к лучшему».

 

Отказавшись от поездки  к Голубицкому, Циолковский воспользовался другим его предложением — написал  письмо в Москву, профессору Московского  университета А. Г. Столетову, в котором  рассказал о своём дирижабле. Вскоре пришло ответное письмо с предложением выступить в московском Политехническом  музее на заседании Физического  отделения Общества любителей естествознания.

 

В апреле 1887 года Циолковский  приехал в Москву и после продолжительных  поисков нашёл здание музея. Его  доклад был озаглавлен «О возможности  постройки металлического аэростата, способного изменять свой объём и  даже складываться в плоскость». Читать сам доклад не пришлось, только объяснить  основные положения. Слушатели отнеслись  к докладчику благожелательно, принципиальных возражений не было, было задано несколько  несложных вопросов. После завершения доклада поступило предложение  помочь Циолковскому устроиться в Москве, но реальной помощи в этом не последовало. По совету Столетова Константин Эдуардович передал рукопись доклада Н. Е. Жуковскому .

 

В своих воспоминаниях  Циолковский упоминает также  о своём знакомстве во время этой поездки с известным педагогом  А. Ф. Малининым, автором учебников  по математике: «Его учебники я считал превосходными и очень ему  обязан». Говорили о воздухоплавании, Циолковскому не удалось убедить  Малинина в реальности создания управляемого дирижабля. После возвращения из Москвы последовал длительный перерыв  в его работе над дирижаблем, связанный  с болезнью, переездами, восстановлением  хозяйства и научных материалов, погибших при пожаре и наводнении.

 

В 1889 году Циолковский  продолжил работу над своим дирижаблем. Расценив неудачу в Обществе любителей  естествознания как следствие недостаточной  проработки первой своей рукописи об аэростате, Циолковский пишет новую  статью «О возможности построения металлического аэростата» (1890) и вместе с бумажной моделью своего дирижабля посылает её в Петербург Д. И. Менделееву. Менделеев  по просьбе Циолковского передал  все материалы в Императорское  Русское техническое общество (ИРТО), В. И. Срезневскому. Циолковский просил деятелей науки «пособить по мере возможности морально и нравственно», а также выделить средства на создание металлической модели аэростата  — 300 рублей. 23 октября 1890 года на заседании VII отдела ИРТО просьба Циолковского была рассмотрена. Заключение давал  военный инженер Е. С. Фёдоров  — убеждённый сторонник летательных  аппаратов тяжелее воздуха. Второй оппонент, начальник первой «кадровой  команды военных аэронавтов»  А. М. Кованько, как и большинство  остальных слушателей, также отрицал  целесообразность аппаратов, подобных предложенному. На этом заседании ИРТО постановило: