宇宙飛行学。科学的発見の歴史と本質

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宇宙飛行学。科学的発見の歴史と本質

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私たちの時代では、宇宙船の飛行は当たり前のことと考えられています。そして、百年前でさえ、人々がそのような飛行を夢見ることしかできなかったのは奇妙に思えることさえあります.

「XNUMX世紀に、月への飛行についてのフランスの作家シラノ・ド・ベルジュラックの物語が登場しました。この物語の主人公は、鉄の荷車で月に行き、その上で強力な武器を投げ続けました。有名な英国の作家ハーバート・ウェルズは、重力の影響を受けない素材でできた本体を発射体で月に到達するという幻想的な旅について説明しました。

宇宙飛行を実現するためのさまざまな手段が提案されてきましたが、何世紀にもわたって、人間が自由に使える唯一の手段に名前を付けることができた科学者やSF作家は一人もいません。地球の重力によって惑星間空間に運ばれます。人々のために星への道を開くという大きな名誉は、私たちの同胞の運命に落ちましたコンスタンチン・エドゥアルドヴィッチ・ツィオルコフスキー.

控えめなカルーガの先生は、有名な火薬ロケットで未来の強力な宇宙船のプロトタイプを見ることができました. 彼のアイデアは今もなお役立っており、今後も長い間、ロケットの作成や人類による太陽の周りの宇宙探査の基礎として役立っていくでしょう。

火薬の発明者である古代中国人が最初のロケットを製造してからほぼ XNUMX 年が経過しましたが、大気圏を貫通し、地球から永久に離れることができる唯一の航空機がロケットであることを示したのは、ツィオルコフスキーだけでした。彼は一般原則を実証しただけでなく、詳細な実践的な計算も行いました。その結果、この素晴らしい科学者は、ロケット列、つまり今言うように多段ロケットを作成する必要性についての結論に達しました。人工地球衛星を作る必要性だ。」

コンスタンチン・エドゥアルドヴィッチ・ツィオルコフスキー (1857–1935) は、リャザン州イジェフスクの村で、林業家の家庭に生まれました。 Kostya は XNUMX 歳のときに猩紅熱で病気になり、聴力を失いました。その少年は学校に行けず、独学で勉強しなければならなかった。

科学者自身が若い頃を思い出した方法は次のとおりです。

「私は好奇心を持って勉強し、自然科学や数学に関する父の本を何冊か理解しました（父はしばらくの間、税務官のクラスでこれらの科学の教師をしていました）。そして、アクセスできない物体までの距離を測定するアストロラーベに魅了されました。計画を立て、高さを決定します。私は高度計を設置しています。アストロラーベの助けを借りて、家を出ることなく、消防塔までの距離を決定します。400 個のアルシンを見つけました。行って確認します。それが本当であることが判明しました。 . だから私は理論上の知識を信じていました...」

コンスタンチンが1879歳のとき、父親は彼をモスクワに送り、ルミャンツェフ博物館で司書として働いていた友人のN.フェドロフに預けた。彼の指導の下、ツィオルコフスキーは多くの勉強をし、1880年の秋に公立学校教師の試験に合格した。 XNUMX 年のクリスマスの後、ツィオルコフスキーはボロフスク地区学校の算数と幾何学の教師に任命されたという知らせを受け取りました。

ツィオルコフスキーはボロフスクで数年間働き、1892年にカルーガに移されました。彼が一生を過ごしたのはこの街でした。ここで彼は体育館とディオセサン学校で物理学と数学を教え、自由な時間をすべて科学的な仕事に費やしました。楽器や材料を買う資金がなかったので、彼は自分の手で実験用のすべてのモデルとデバイスを作りました。

ツィオルコフスキーの興味の範囲は非常に広かった。しかし、体系的な教育が不足していたため、彼は科学ですでに知られている結果にしばしば到達しました。たとえば、これはガス力学の問題に関する彼の最初の科学的研究で起こりました。

しかし、ツィオルコフスキーは、XNUMX 番目に出版された著作「動物有機体の力学」で、ロシア物理化学協会の正会員に選出されました。この研究は、当時の最大の科学者から肯定的な評価を得ました。メンデレーエフ и ストレトフ.

ストレトフはツィオルコフスキーを弟子に紹介したニコライ・ジュコフスキー、その後、ツィオルコフスキーは制御飛行の仕組みを研究し始めました。科学者は自宅の屋根裏部屋に原始的な風洞を作り、そこで木製の模型を使って実験を行いました。

彼が蓄積した材料は、制御された気球のプロジェクトの基礎として使用されました。当時、その言葉自体はまだ発明されていなかったので、ツィオルコフスキーは飛行船を呼びました。ツィオルコフスキーは、全金属製の飛行船のアイデアを最初に提案しただけでなく、その実用的なモデルを構築しました。同時に、科学者は飛行船の自動飛行制御のための独自の装置と、その揚力を調整するための独自のスキームを作成しました。

しかし、オーストリアの発明者シュワルツが同時に同様の提案をしたという事実のために、ロシア技術協会の当局者はツィオルコフスキーのプロジェクトを拒否しました。それにもかかわらず、ツィオルコフスキーは彼のプロジェクトの説明をジャーナル「Scientific Review」に掲載することに成功し、したがって本発明の優先順位を確保しました。

飛行船の後、ツィオルコフスキーは航空機の空気力学の研究に目を向けました。彼は、翼の形状が揚力に与える影響を詳細に研究し、空気抵抗と航空機に必要なエンジン出力との関係を導き出しました。これらの作品は、翼の計算の理論を作成する際にジュコフスキーによって使用されました。

その後、ツィオルコフスキーの関心は宇宙探査に切り替わりました。 1903年に「ジェット機による世界空間の調査」という本を出版し、宇宙飛行が可能な唯一の装置がロケットであることを初めて証明した。確かに、ツィオルコフスキーは数学的知識が不足しており、その設計の詳細な計算を行うことができませんでした。しかし、科学者は多くの重要で興味深いアイデアを提案しました。

科学者のこれらの最初の作品は、ほとんど気付かれませんでした。ジェットスターシップの教義は、1911 年から 1912 年にかけて、よく知られた広範で豊富に出版された大都市の雑誌「航空学紀要」で XNUMX 度目の印刷が開始されたときに初めて注目されました。その後、海外の多くの科学者やエンジニアが優先権を宣言しました。しかし、ツィオルコフスキーの初期の仕事のおかげで、彼の優先順位が証明されました。

この記事とその後の続き (1911 年と 1914 年) で、彼はロケットと液体ロケットエンジンの理論の基礎を築きました。彼は、大気のない惑星の表面に宇宙船を着陸させるという問題を解決した最初の人でした。

1926 年から 1929 年にかけて、ツィオルコフスキーは実用的な問題を解決しました。それは、離陸速度を得て地球を離れるためには、ロケットにどれだけの燃料を取り込めばよいかということです。

I.A. ミナシアン：「ツィオルコフスキーは、ロケットが発生できる最大速度を計算できる式を導き出しました。この達成可能な最大速度は、もちろん、ロケットノズルからのガスの流出速度に大きく依存します。ガスの速度は、次に、主に燃料の種類とガスジェットの温度に依存します。温度が高いほど、速度は速くなります。

これは、ロケットの場合、燃焼時に最大の熱量を与える最も高カロリーの燃料を選択する必要があることを意味します。

しかし、ロケットの最大速度はノズルからのガス流の速度だけでは決まりません。この式から、ロケットの初期質量と最終質量にも依存することがわかります。つまり、ロケットの重量のどの部分が燃料にかかり、どの部分が（飛行速度の観点から）無駄な構造、つまり本体、制御にかかるかによって決まります。機構、舵、さらには燃焼室やノズルそのものまで。

このツィオルコフスキー式は、現代のロケットの計算全体の基礎となっている. 航空機の総開始質量とエンジン動作終了時の重量 (つまり、本質的に空のロケットの重量) の比率) は、偉大な科学者に敬意を表してツィオルコフスキー数と名付けられました。

この式からの主な結論は、空気のない空間では、ロケットの速度が速くなり、ガスの流出速度が速くなり、ロケットの初期質量と最終質量の比率が大きくなるということです。ツィオルコフスキー数。ロケットの速度制限は、燃料の品質と、有用な質量と「役に立たない」質量の比率に依存することを確立した後、Tsiolkovsky は粉末燃料の発熱量の可能性を調査しました。彼の計算では、これらの燃料では必要な燃焼温度が得られず、地球の重力に打ち勝つのに必要な排気速度が得られないことがわかりました。さらに、ルースパウダーは大きな体積を占めるため、本体を大きくする必要があり、その結果、ロケットの最終的な質量が大きくなります。

計算によると、人がいる液体推進剤ロケットが離陸速度を上げて惑星間飛行を行うには、ロケット本体、エンジン、メカニズム、機器の重量のXNUMX倍の燃料を使用する必要がありますと乗客が合体。再び非常に深刻な障害です。

科学者は独自の方法を見つけました-ロケット列車、多段惑星間船。それは相互接続された多くのミサイルで構成されています。フロントロケットには、燃料に加えて、乗客と装備があります。ロケットは順番に作動し、列車全体を分散させます。 XNUMXつのロケットの燃料が燃え尽きると、それは捨てられ、空のタンクは取り除かれ、列車全体が軽くなります。次に、XNUMX 番目のロケットが動作を開始し、以降同様に、前のロケットは、リレーレースのように、以前のすべてのロケットによって得られた速度を受け取ります。

できるだけ多くのロケットステージを作る方が利益があるように見えるかもしれません. ただし、計算はこれが事実ではないことを説得力のある方法で証明しています。最大速度は XNUMX 段階または XNUMX 段階まで著しく増加し、その後はほとんど増加しません。 XNUMX段階後のロケットの速度は実質的に一定のままです。

不思議なことに、Tsiolkovsky は、ほとんど計器を持たずに、地球を一周するのに最適な高さは、地球から XNUMX キロから XNUMX キロの間隔であると計算しました。現代の宇宙飛行が行われるのは、これらの高度です。

同時代の何年も前に、偉大な科学者は数学の正確な言語を使用して、人間が宇宙空間を支配する方法を初めて示し、惑星間通信の技術が進むべき実際の道を示しました。

ツィオルコフスキーの研究について学んだドイツの科学者ヘルマン・オーベルトは、彼に次のように書いています。

1911年、コンスタンチン・エドゥアルドヴィッチは予言的な言葉を発しました。「人類は地球上に永遠に残ることはありませんが、光と空間を追求するために、まず大気圏外に臆病に浸透し、次に太陽の周りのすべての空間を征服します。」

今日、私たちは皆、この偉大な予言が実現するのを目の当たりにしています。

著者: サミン D.K.

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