航天学。科学发现的历史和本质

航天学。科学发现的历史和本质

最重要的科学发现

在我们这个时代，宇宙飞船的飞行被认为是司空见惯的。有时甚至在一百年前，人们也只能梦想这样的飞行，这甚至看起来很奇怪。

I.A. Minasyan 写道：“在 XNUMX 世纪，出现了法国作家西拉诺·德·贝热拉克 (Cyrano de Bergerac) 关于飞往月球的故事。”这个故事的主人公乘坐铁推车登上了月球，并不断向其投掷强力磁铁。从地球上空升起，直到它到达月球。英国著名作家赫伯特·威尔斯描述了一次乘坐射弹前往月球的奇妙旅程，其主体由不受重力影响的材料制成。

已经提出了各种实施太空飞行的方法，但没有一个科学家，几个世纪以来没有一个科幻作家能够说出人类可以使用的唯一方法，你可以用它来克服强大的力量地球引力并被带入行星际空间。为人们打开通往星空之路的巨大荣誉落到了我们同胞的身上康斯坦丁·爱德华多维奇·齐奥尔科夫斯基.

谦虚的卡卢加老师能够在著名的粉末火箭中看到未来强大宇宙飞船的原型。在很长一段时间内，他的想法仍然有效，并将成为火箭制造和人类探索太阳周围空间的基础。

距离火药的发明者——中国古代人——制造出第一枚火箭已经过去了近两千多年，但只有齐奥尔科夫斯基证明，唯一能够穿透大气层甚至永远离开地球的飞行器是火箭。他不仅证实了一般原理，而且还进行了详细的实际计算，结果这位杰出的科学家得出了需要制造火箭列车，或者像我们现在所说的多级火箭，以及制造人造地球卫星的需要。”

康斯坦丁·爱德华多维奇·齐奥尔科夫斯基（Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky，1857-1935 年）出生于梁赞省伊热夫斯克村的一个林务家庭。十岁时，科斯佳患上了猩红热，失去了听力。男孩不能上学，只能自学。

以下是这位科学家本人如何回忆他的青年时代：

“带着好奇和理解，我查阅了父亲的几本关于自然科学和数学科学的书籍（我父亲曾在税务师课程中担任过一段时间这些科学的老师）。因此，我对星盘着迷，它测量了无法到达的距离物体，制定计划，确定高度。我正在设置一个高度计。在星盘的帮助下，我足不出户就确定了到消防塔的距离。我找到了400阿辛。我去检查了一下。原来是是的。所以我相信理论知识……”

康斯坦丁十六岁的时候，他的父亲把他送到莫斯科去见他的朋友 N. Fedorov，他在鲁缅采夫博物馆担任图书管理员。在他的领导下，齐奥尔科夫斯基进行了大量的学习，并于1879年秋天通过了公立学校教师职称考试。 1880 年圣诞节后，齐奥尔科夫斯基收到了任命为博罗夫斯克地区学校算术和几何教师的消息……

齐奥尔科夫斯基在博罗夫斯克工作了几年，并于 1892 年被转移到卡卢加。他在这座城市度过了他的一生。在这里，他在体育馆和教区学校教授物理和数学，并将所有空闲时间都用于科学工作。没有资金购买仪器和材料，他亲手制作了所有用于实验的模型和装置。

齐奥尔科夫斯基的兴趣范围非常广泛。然而，由于缺乏系统的教育，他经常得出科学上已经知道的结果。例如，这发生在他关于气体动力学问题的第一项科学工作中。

但由于他出版的第二部著作《动物有机体力学》，齐奥尔科夫斯基被选为俄罗斯物理化学学会正式会员。这项工作赢得了当时最伟大的科学家的积极评价—— 门捷列夫 и 斯托列托夫.

斯托莱托夫将齐奥尔科夫斯基介绍给他的学生尼古拉·茹科夫斯基，之后齐奥尔科夫斯基开始研究受控飞行的力学。这位科学家在他家的阁楼上建造了一个原始风洞，并在上面用木制模型进行了实验。

他积累的材料被用作控制气球项目的基础。所以齐奥尔科夫斯基称飞艇为飞艇，因为当时这个词还没有被发明出来。齐奥尔科夫斯基不仅是第一个提出全金属飞艇构想的人，而且还建造了它的工作模型。与此同时，这位科学家创造了一种用于飞艇自动飞行控制的原始装置，以及用于调节其升力的原始方案。

然而，俄罗斯技术协会的官员拒绝了齐奥尔科夫斯基的项目，因为奥地利发明家施瓦茨同时提出了类似的建议。尽管如此，齐奥尔科夫斯基还是设法在“科学评论”杂志上发表了他的项目描述，从而确保了这项发明的优先权。

在飞艇之后，齐奥尔科夫斯基转向了飞机空气动力学的研究。他详细研究了机翼形状对升力的影响，推导出空气阻力与飞机所需发动机功率的关系。朱可夫斯基利用这些作品创建了机翼计算理论。

随后，齐奥尔科夫斯基的兴趣转向了太空探索。 1903年，他出版了《喷气仪器对世界空间的调查》一书，首次证明了唯一能够进行太空飞行的装置是火箭。诚然，齐奥尔科夫斯基缺乏数学知识，他无法给出其设计的详细计算。然而，这位科学家提出了一些重要而有趣的想法。

这位科学家的第一批作品几乎没有引起人们的注意。喷气式星际飞船的学说仅在 1911 年至 1912 年第二次开始印刷时才引起注意，该学说在广为人知的广为人知的大都市杂志《航空公报》上发表。随后，许多国外的科学家和工程师宣布了他们的优先事项。但多亏了齐奥尔科夫斯基的早期工作，他的优先权得到了证明。

在这篇文章及其后续续篇（1911 年和 1914 年）中，他为火箭和液体火箭发动机的理论奠定了基础。他是第一个解决将航天器降落在没有大气层的行星表面问题的人。

在 1926-1929 年间，齐奥尔科夫斯基解决了一个实际问题：火箭需要多少燃料才能获得升空速度并离开地球。

I.A. Minasyan：“Tsiolkovsky 推导出了一个公式，可以让你计算火箭可以发展的最大速度。当然，这个最大可达到的速度主要取决于气体从火箭喷嘴流出的速度。以及气体的速度，反过来，主要取决于燃料的类型和气体喷射的温度。温度越高，速度越大。

这意味着对于火箭来说，必须选择热量最高的燃料，这种燃料在燃烧时会产生最多的热量。

但火箭的最大速度不仅仅取决于喷嘴中气流的速度。从公式可以看出，它还取决于火箭的初始质量和最终质量，即其重量的哪一部分落在燃料上，哪一部分落在无用的（从飞行速度的角度来看）结构上：主体、控制装置机构、舵甚至燃烧室和喷嘴本身。

这个 Tsiolkovsky 公式是整个现代火箭计算的基础。飞机的总起始质量与其在发动机运行结束时的重量之比（即基本上与空火箭的重量之比） ) 被命名为齐奥尔科夫斯基数以纪念这位伟大的科学家。

从这个公式得出的主要结论是，在无气空间中，火箭将发展的速度越大，气体流出的速度也越大，火箭的初始质量与其最终质量的比值越大，即越大齐奥尔科夫斯基数。在确定火箭的速度限制取决于燃料的质量以及有用和“无用”质量的比例后，齐奥尔科夫斯基研究了粉末燃料的热潜力。他的计算表明，这些燃料无法提供所需的燃烧温度，因此无法提供克服地球重力所必需的排气速度。此外，松散的粉末占据很大的体积，有必要增加身体，从而增加火箭的最终质量。

计算表明，要让载人液体推进剂火箭达到升空速度并进行星际飞行，需要消耗比火箭本体、发动机、机构、仪器等重量多一百倍的燃料。和乘客合并。又是一个非常严重的障碍。

这位科学家找到了一条独创的出路——火箭列车、多级行星际飞船。它由许多相互连接的导弹组成。在前火箭中，除了燃料之外，还有乘客和设备。火箭轮流工作，驱散整列火车。当一枚火箭中的燃料耗尽时，它会被倾倒，而空油箱则被移除，整个火车变得更轻。然后第二个火箭开始工作，以此类推，前面的火箭，就像在接力赛一样，接收到之前所有火箭所获得的速度。

制造尽可能多的火箭级似乎更有利可图。然而，计算令人信服地证明情况并非如此：最大速度明显增加了三到四步，然后几乎没有增长。六级后火箭的速度几乎保持不变。

奇怪的是，在几乎没有仪器的情况下，齐奥尔科夫斯基计算出绕地球飞行的最佳高度是距离地球 XNUMX 到 XNUMX 公里的间隔。现代太空飞行正是在这些高度进行的。

这位伟大的科学家比他的同时代人领先多年，第一次使用精确的数学语言展示了人类掌握外层空间的方式，并指出了行星际通信技术应该走的真正路径。

德国科学家赫尔曼·奥伯斯（Hermann Oberth）在了解了齐奥尔科夫斯基的作品后，写信给他：“知道你的出色工作，我可以不用做很多徒劳的工作，今天我会进步很多。”

早在 1911 年，康斯坦丁·爱德华多维奇（Konstantin Eduardovich）就曾发表过预言：“人类不会永远留在地球上，但是，为了追求光和太空，它会首先胆怯地突破大气层，然后征服所有的环绕太阳的空间。”

今天，我们都见证了这一伟大预言的实现。

作者：萨明 D.K.

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