8 У КОЛЫБЕЛИ НОВОЙ НАУКЕ |
Конечная цель исследований не оставляла сомнений. Нужно было научиться измерять аэродинамические силы, возникающие при встрече потока воздуха с моделью. Если знать причину, этих сил, можно вычислить затем коэффициенты, показываюшие аэродинамическое совершенство модели.
Хитрая задача. Но Циолковский раскусил твердый орешек. В брошюре «Железный управляемый аэростат на 200 человек, длиною с большой морской пароход», ученый рассказал о найденном решении.
Логика Циолковского подкупающе проста. Измерить - значит сравнить, сопоставить с чем-то уже известным. Этим известным было сопротивление плоской пластинки. Формулу для его вычисления Константин Эдуардович вывел в 1891-1892 годах. Чтобы воспользоваться такой единицей, как сопротивление плоской пластинки, он решил обратиться к рычагу. У рычага была отменная рекомендация - весы. Их безотказность и точность проверены веками: на одном конце коромысла груз, на другом - чашка с гирями. Нечто подобное предложил и Циолковский. На одном конце стержня модель, на другом - плоская пластинка, выполнявшая обязанность гирь. «Коромысло» вносилось в поток воздуха. Орудуя ножницами, Циолковский подстригал пластинку. Он менял тем самым ее сопротивление и добивался равновесия стержня. Этот рычаг, позволявший измерять подъемную силу и сопротивление, вошел в историю науки под названием аэродинамических весов.
Итак, вскарабкавшись на крышу, Циолковский подставляет ветру свои модели. Затем подсчитывает возникшее сопротивление и вычисляет аэродинамический коэффициент модели. Из литературных описаний, оставленных Циолковским, было известно, что и модель и плоская пластинка во бремя опыта размещались внутри двух параллельных труб, укрепленных на треноге. Как выглядела эта установка, можно было лишь догадываться. Никогда и нигде не было опубликовано ее фотографии, а такой снимок, как выяснилось, существовал.
Вы можете посмотреть его на вклейке - обычную любительскую фотографию, вероятно сделанную самим Константином Эдуардовичем.
Он вынес во двор и установку и модели, положил их на гнутый венский стул и сфотографировал. Снимок впервые появился в этой книге. Обратите внимание на подпись, сделанную Циолковским. Из нее совершенно ясно, что фотография предназначалась для иллюстрации работы «Железный управляемый аэростат на 200 человек».
Разумеется, точность первых аэродинамических экспериментов оставляла желать много лучшего. К тому же ветер часто менял направление и силу, осложняя исследования. Но даже грубые, далеко не совершенные опыты раскрыли глаза на многое. Самое главное - их результаты совпали с предварительными подсчетами.
О, как обрадовался Циолковский! Поморцев и другие его противники считают сопротивление аэростатов громадным. Теперь их теоретические выводы разбиты, опыты показали, что сопротивление не так уж значительно, да к тому же чем быстрее летит аэростат, тем меньше коэффициент сопротивления. Циолковский чувствует себя победителем. И согласитесь, у него есть для этого основания. Нет, не зря лазил он по крышам, едва удерживаясь при порывах сильного ветра!
Сомнений нет. Опыты надо продолжать. Надо уточнить первые, пока еще очень грубые результаты. Константин Эдуардович понимает: пора отказаться от ветра. Слишком изменчив и чересчур ненадежен ветер для экспериментов, о которых мечтает ученый. И исследователь решает: заменив естественный воздушный поток искусственным, он построит «воздуходувку» - установку, которую мы назовем сегодня аэродинамической трубой.
Но извечный барьер бедности не взят Циолковским. Деньги... Их нужно много. Сотни рублей...
Более чем скромный бюджет семьи урезан до крайности. Откуда же взять деньги? Циолковский перебирает вероятные возможности - и вдруг вспоминает: Русское физико-химическое общество! С какой теплотой оно встретило его первые работы! Конечно, там оценят новый замысел провинциального учителя. Ведь и тогда, в 1881 году, общество искренне стремилось ему помочь.
Скорее за перо и бумагу! Скорее послать письмо в Петербург. Надежда подхлестывает ученого, торопит его. Исследователю не терпится завершить свой замысел. Его планы скромны. Он просит всего лишь двести рублей. Но общество не торопится выдать эту сумму. Оно составляет специальную комиссию - пусть Д. К. Бобылев, В. В. Лермонтов и И. В. Мещерский запросят господина Циолковского о его намерении и решат, стоит ли субсидировать опыты. Ведь касса общества крайне скудна...
Циолковский отвечает обширным, исчерпывающим, хотя и весьма осторожным, письмом. Аэродинамические опыты - лишь часть его боевых действий против VII отдела Русского технического общества. Ну, а коль война, так должны быть и военные тайны. Он готовит своим научным противникам сокрушительный удар и, разумеется, не хочет преждевременно разглашать стратегические планы. «Прежде всего, - пишет он, - покорнейше прошу гг. многоуважаемых членов комиссии, дав свое мнение обществу, не сообщать ничего и никому о моих работах и планах до окончания их и напечатания».
Воинственный пыл Циолковского не остыл. И желание доказать неправоту оппонентов из VII отдела не покидает его ни на минуту. «Некоторые авторы по сопротивлению (г. Поморцев), - читаем мы в письме, посланном комиссии, - пренебрегают значением кормовой части тела и трением воздуха (даже для продолговатых тел). Я сделаю опыты, которые выяснят этот спорный вопрос».
Да, комиссия могла составить полное представление и о будущем приборе Циолковского и о задуманных им опытах не вызывала сомнений и схема будущей аэродинамической трубы. Падающий груз приведет во вращение колесо, разместившееся в улиткообразном раструбе. Гонимый лопастями колеса, поток воздуха вырвется из раструба и будет обтекать установленную перед ним модель.
Для измерения сопротивления предусматривалось хитроумное устройство; закрепленная на деревянной подставке модель плавала на поверхности воды, налитой в жестяной ящик. Ниточка связывала подставку с проволочным маятником. По отклонению маятника и предстояло судить о величине измеряемого сопротивления.
Как будто бы все ясно, но комиссия делает совершенно неожиданный вывод. Нет, так господин Циолковский ничего не добьется. Чтобы получить результаты, интересные для науки, нужны опыты в значительно большем масштабе, а для них у общества нет денег.
Циолковский огорчен. Поддержка нужна ему как никогда. Большие и важные открытия совсем близко. Он подошел к ним вплотную. Кажется, только протяни руку - и срывай плоды напряженных размышлений. Но все обрывает холодная, беспощадная фраза: «Денег нет!» И все же труба построена. Построена ценой переутомления, недоедания всей семьи, отказа от самого насущного. Константин Эдуардович приступает к новой серии аэродинамических опытов.
Во многих книгах и статьях можно прочитать, что труба Циолковского была первой в России. Это не совсем верно. Строго говоря, Константин Эдуардович имел предшественника. Аэродинамическую трубу построил в 1871 году в Петербурге военный инженер В. А. Пашкевич. Впрочем, это ничуть не умаляет заслуг Циолковского. Пашкевич занимался вопросами баллистики. Циолковский же был первым в нашей стране человеком, использовавшим «воздуходувку» для поиска новых закономерностей полета с малыми скоростями. Короче, поборник дирижаблей стал одним из основателей экспериментальной аэродинамики.
Константин Эдуардович исследовал около ста моделей самой различной формы, выклеенных из толстой рисовальной бумаги. К сожалению, ни одна из них не сохранилась. Мы знаем, как они выглядели, лишь по фотографий, сделанной самим Циолковским.
Изобилие моделей на снимке Константин Эдуардович комментирует весьма скромной надписью на обороте: «Жалкие остатки моделей, уничтоженных наводнением 1908 года». Этот снимок отлично характеризует масштабы опытов. Примечателен он и другим - конвертом, из которого извлечен. Адрес не требует комментариев: «Москва, Чистые пруды, Мыльников пер., д. Соколова. Его превосходительству Николаю Егоровичу Жуковскому». А штемпель, погасивший почтовую марку, уточняет: снимок послан 6 мая 1910 года.
И, все же первые эксперименты не дали удовлетворения. Хотелось большего - развить и углубить начатые опыты. Возможности трубы ограничены. Нужно строить новую, большую по размерам, более совершенную. И снова (в который уже раз!) старая неотвязная трудность: денег нет. Циолковский прерывает эксперименты и принимается за математическую обработку законченных опытов.
Итоги этой работы подводит статья «Давление воздуха на поверхности, введение в искусственный воздушный поток». В 1898 году ее опубликовал одесский журнал «Вестник опытной физики и элементарной математики».
Эксперименты Циолковского выглядят грубыми и несовершенными, но внешность обманчива. На самом деле они чрезвычайно тонки и искусны. Впервые в истории науки исследована опытным путем зависимость силы трения воздуха от скорости воздушного потока и площади поверхности обтекаемого тела. Внимательный экспериментатор подметил и роль «сопротивления кормы» в общем сопротивлении обтекаемого тела, которую столь рьяно отрицал М. М. Поморцев.
Константин Эдуардович абсолютно убежден в правоте своих выводов. Он готов повторить любой опыт, гарантируя точность достигнутых результатов. Циолковский - энергичный поборник эксперимента. «Прибор, устроенный мною, - пишет ученый, - так дешев, удобен и прост, так быстро решает неразрешимые теоретические вопросы, что должен считаться необходимой принадлежностью каждого университета или физического кабинета».
Циолковский верит в будущее экспериментальной аэродинамики, а потому так страстен его призыв к искателям научной истины: точно формулируйте законы сопротивления и трения! Их роль в теории аэростата и аэроплана громадна! Да и найдется ли область техники и науки, где законы сопротивления упругой среды не имели бы значения?
Доживи Циолковский до наших дней, он увидел бы в аэродинамических трубах макеты кварталов новых городов - архитекторов интересуют направление и сила ветров, которые подуют на улицах будущего. С интересом наблюдал бы за автостроителями, испытывающими в трубе и микролитражку «Запорожец» и многотонный самосвал, узнал бы о том, как изучается в аэродинамических трубах влияние лесозащитных полос на распределение снега на полях, на выдувание почвы.
Ему, мечтавшему о железном аэростате на 200 человек, довелось бы увидеть в трубах гигантские крылатые лайнеры, за считанные часы прорезающие бескрайние просторы нашей страны, и винтокрылые машины - вертолеты, и реактивные аэропланы стратосферы, и даже ракеты - корабли безбрежного космического моря.
Различные машины и сооружения увидел бы Циолковский в современных аэродинамических лабораториях. И кто знает, быть может, он вдруг сказал бы: «А ведь я нисколечко не удивлен. Я всегда верил в то, что все произойдет именно так!» И ученые почтительно склоняли бы головы, услышав эту реплику. Ведь он действительно так много видел через толщу лет, через трудности, которые мешали ему работать.
Из дали времен сбывшиеся мечты видны как на ладони. Но тогда все было иначе. В схемах, расчетах, формулах Константин Эдуардович искал ответа на один единственный вопрос: кто же поможет осуществить все то, что хочется сделать ему в области аэродинамики? Физико-химическое общество отказало, в Русское техническое общество и обращаться не стоит. Он слывет там за неисправимого прожектера. Так куда же? И Константин Эдуардович пишет в высокую инстанцию - вице-президенту Академии наук.
Пусть компетентные господа, члены академии почтят его труды рассмотрением и оценкою. Он надеется, что она окажется благоприятной и посодействует производству новых опытов по сопротивлению воздуха.
Трудно сказать, сколь велика была эта надежда. Циолковский не ожидал от Академии наук слишком многого. Во всяком случае, обращаясь к вице-президенту, он лишь упоминает о «Вестнике опытной физики», не высылая ни экземпляра этого журнала, ни даже оттиска статьи. Однако все произошло вопреки ожиданиям. Спустя десять дней после того, как письмо было отправлено, 22 сентября 1899 года Физико-математическое отделение наук познакомило с ним академика Михаила Александровича Рыкачева.
Лучшего рецензента и желать было нельзя. Проблемами воздухоплавания Рыкачев интересовался на протяжении многих лет. Еще в ту пору, когда Циолковский совсем маленьким мальчиком безмятежно играл в Рязани, Михаил Александрович пытался разобраться в секретах летательных аппаратов. Тщательно изучив труды предшественников, он занялся научно-исследовательскими полетами.
Рыкачев искренне верил в будущность летного дела, справедливо считая, что со временем оно принесет не меньшую пользу, чем пар, электричество и мореплавание. Отсюда серьезные исследования по аэродинамике, которые Рыкачев провел в 1870-1871 годах.
Нужно ли удивляться, что, прочитав статью Константина Эдуардовича, Рыкачев понял, что имеет дело с серьезным, вдумчивым исследователем.
«Опыты эти заслуживают полного внимания академии, - писал Рыкачев в своем отзыве, - как по идее, так и по разнообразию опытов. Несмотря на примитивные домашние средства, какими пользовался автор, он достиг все же весьма интересных результатов...
По всем этим причинам производство опытов в более широких размерах и более точными приборами было бы крайне желательно, и я позволю себе просить отделение исполнить просьбу автора и оказать ему материальную поддержку из фонда, предназначенного на ученые потребности».
Эти соображения академик доложил в октябре 1899 года Физико-математическому отделению. Решение было единодушным: просить академика Рыкачева войти в сношение с г. Циолковским, чтобы получить от него программу предполагаемых опытов вместе со сметой расходов. Однако, одобряя мысль о помощи Циолковскому, академики просили Рыкачева предупредить калужского исследователя, что он должен быть экономным. Несмотря на то, что Академия наук пышно именовалась Императорской, средства ее были весьма ограничены.
Циолковский не принадлежал к числу тех, кто заставляет себя долго просить. И программу и соображения по поводу предстоящих расходов он выслал через неделю. «Подробной сметы представить не могу, - писал при этом Константин Эдуардович, - но думаю, что мне будет достаточно 1000 рублей. Тем не менее я буду благодарен и за самую малую помощь, оказанную мне Академией наук. Не пренебрегите этой моей смиренной просьбой, ибо одна мысль, что я не один, дает мне нравственные силы немедленно приняться за подготовительные работы и с божьей помощью окончить их осенью 1900 года. Фотографии, чертежи и все научные результаты будут высланы».
«Ввиду внимания, с которым отнесся к этим интересным опытам академик М. А. Рыкачев», Циолковскому предоставлено пособие. Правда, вместо 1000 рублей выдано только 470, но и эта скромная сумма доставила Константину Эдуардовичу много радостных минут. Поблагодарив Рыкачева за доверие, он писал: «Мне было бы стыдно, если бы я не постарался оправдать его, насколько-то дозволят мне мои слабые силы».
Циолковский доволен, более того - он счастлив. После обструкции Русского технического общества признание Академии наук - бесспорная победа.
В доме на Георгиевской улице в Калуге стучит молоток, звенит жесть. Строится новая, большая аэродинамическая труба.
Почти год сооружал Константин Эдуардович эту трубу. Второй год ушел на выполнение намеченной программы. Большая работа, изрядное физическое напряжение. Ведь всякий раз перед началом опыта Циолковскому приходилось поднимать к потолку тяжелый груз, который, падая, вращал вентилятор. И так изо дня в день на протяжении целого года...