우주 비행술. 과학적 발견의 역사와 본질

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우주 비행술. 과학적 발견의 역사와 본질

가장 중요한 과학적 발견

우리 시대에 우주선의 비행은 평범한 것으로 간주됩니다. 그리고 때로는 XNUMX년 전에도 사람들이 그러한 비행을 꿈꿀 수 있었다는 것이 이상해 보입니다.

I.A. Minasyan은 "XNUMX세기에 프랑스 작가 Cyrano de Bergerac의 달 여행 이야기가 등장했습니다. 이 이야기의 주인공은 철제 수레를 타고 달에 도착했고, 유명한 영국 작가 HG Wells는 본체가 중력의 영향을 받지 않는 물질로 만들어진 발사체를 타고 달로의 환상적인 여행을 묘사했습니다.

우주 비행을 구현하기 위해 다양한 수단이 제안되었지만 한 명의 과학자도, 한 명의 공상 과학 작가도 수세기 동안 사람이 사용할 수있는 유일한 수단을 지정할 수 없었습니다. 지구 중력의 강력한 힘과 행성 간 공간으로 운반됩니다. 인류를 위해 별의 길을 여는 큰 영광은 우리 동포에게 떨어졌습니다. 콘스탄틴 에두아르도비치 치올코프스키.

겸손한 Kaluga 교사는 잘 알려진 분말 로켓에서 미래의 강력한 우주선의 원형을 볼 수있었습니다. 그의 아이디어는 앞으로도 오랫동안 로켓을 만들고 인간이 태양 주위를 탐사하는 데 기초가 될 것입니다.

화약 발명가 인 고대 중국인이 최초의 로켓을 만든 지 거의 XNUMX 천년이 지났지 만 Tsiolkovsky만이 대기를 관통하고 지구를 영원히 떠날 수있는 유일한 항공기는 로켓임을 보여주었습니다. 그는 일반 원칙을 입증했을뿐만 아니라 상세한 실제 계산을 수행하여 뛰어난 과학자가 로켓 열차 또는 지금 말하는 것처럼 다단계 로켓도 만들어야한다는 결론에 도달했습니다. 지구의 인공위성을 만들어야 할 필요성으로.

Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky (1857-1935)는 Ryazan 지방의 Izhevsk 마을에서 산림 관리인의 가족으로 태어났습니다. 열 살 때 Kostya는 성홍열에 걸려 청력을 잃었습니다. 소년은 학교에 갈 수 없었고 혼자 공부해야 했습니다.

과학자 자신이 어린 시절을 회상하는 방법은 다음과 같습니다.

"나는 자연과학과 수학에 관한 아버지의 책 몇 권을 호기심과 이해력으로 정리했습니다(아버지는 한동안 세무사 수업에서 이러한 과학을 가르쳤습니다). 그리고 지금은 접근할 수 없는 물체까지의 거리를 측정하는 아스트롤라베에 매료되었습니다. , 계획을 세우고, 높이를 결정합니다. 고도계를 준비합니다. 아스트롤라베의 도움으로 집을 떠나지 않고 소방탑까지의 거리를 결정합니다. 400개의 아르신을 찾습니다. 가서 믿습니다. 사실 그래서 이론적 지식을 믿었습니다 ... "

Konstantin이 열 여섯 살이었을 때 그의 아버지는 Rumyantsev Museum에서 사서로 일했던 친구 N. Fedorov에게 그를 모스크바로 보냈습니다. 그의 지도력 아래 Tsiolkovsky는 많은 공부를했고 1879 년 가을에 공립학교 교사 직함 시험에 합격했습니다. 1880년 크리스마스 이후, 치올코프스키는 보롭스크 지역 학교의 산술 및 기하학 교사로 임명되었다는 소식을 받았습니다...

Tsiolkovsky는 몇 년 동안 Borovsk에서 일했고 1892년에 Kaluga로 옮겨졌습니다. 그는 평생을 이 도시에서 보냈다. 이곳에서 그는 체육관과 교구 학교에서 물리학과 수학을 가르쳤고, 과학 연구에 여가 시간을 모두 바쳤습니다. 악기와 재료를 살 자금이 없어서 실험용 모델과 장치를 모두 직접 제작했습니다.

Tsiolkovsky의 관심 범위는 매우 넓습니다. 그러나 체계적인 교육이 부족하여 과학에서 이미 알려진 결과에 도달하는 경우가 많았습니다. 예를 들어, 이것은 가스 역학 문제에 대한 그의 첫 번째 과학적 작업에서 발생했습니다.

그러나 두 번째 출판 작업인 "동물 유기체의 역학"에서 Tsiolkovsky는 러시아 물리 화학 학회의 정회원으로 선출되었습니다. 이 작업은 당시 가장 큰 과학자들로부터 긍정적인 평가를 받았습니다. 멘델레예프 и 스톨레토프.

Stoletov는 Tsiolkovsky를 그의 학생에게 소개했습니다. 니콜라이 주코프스키, 그 후 Tsiolkovsky는 제어 비행의 역학을 연구하기 시작했습니다. 과학자는 집 다락방에 원시 풍동을 만들어 나무 모형으로 실험했습니다.

그가 축적한 재료는 제어 풍선 프로젝트의 기초로 사용되었습니다. 그래서 Tsiolkovsky는 그 당시 단어 자체가 아직 발명되지 않았기 때문에 비행선을 불렀습니다. Tsiolkovsky는 모든 금속 비행선에 대한 아이디어를 최초로 제안했을 뿐만 아니라 작동 모델도 만들었습니다. 동시에 과학자는 비행선의 자동 비행 제어를위한 독창적 인 장치와 리프트 조절을위한 독창적 인 계획을 만들었습니다.

그러나 러시아 기술 협회(Russian Technical Society)의 관리들은 오스트리아의 발명가 슈바르츠(Schwartz)가 동시에 유사한 제안을 했다는 사실 때문에 치올코프스키의 프로젝트를 거부했습니다. 그럼에도 불구하고, Tsiolkovsky는 "Scientific Review" 저널에 자신의 프로젝트에 대한 설명을 게시하여 본 발명의 우선 순위를 확보했습니다.

비행선 후 Tsiolkovsky는 항공기 공기 역학 연구로 눈을 돌렸습니다. 그는 날개 모양이 양력에 미치는 영향을 자세히 연구하고 공기 저항과 항공기에 필요한 엔진 출력 간의 관계를 도출했습니다. 이 작업은 Zhukovsky가 날개 계산 이론을 만드는 데 사용했습니다.

그 후, Tsiolkovsky의 관심은 우주 탐사로 바뀌었습니다. 1903년 그는 "Jet Instruments의 세계 우주 조사"라는 책을 출판하여 우주 비행을 할 수 있는 유일한 장치는 로켓이라는 것을 처음으로 증명했습니다. 사실, Tsiolkovsky는 수학적 지식이 부족했으며 설계에 대한 자세한 계산을 제공할 수 없었습니다. 그러나 과학자는 몇 가지 중요하고 흥미로운 아이디어를 제시했습니다.

과학자의 첫 번째 작업은 거의 눈에 띄지 않았습니다. 제트 우주선의 교리는 1911-1912년에 잘 알려진 널리 보급되고 풍부하게 출판된 대도시 잡지인 Vestnik Aeronautics에 두 번째로 인쇄되기 시작했을 때만 주목되었습니다. 그런 다음 해외의 많은 과학자와 엔지니어가 우선 순위를 선언했습니다. 그러나 Tsiolkovsky의 초기 작업 덕분에 그의 우선 순위가 입증되었습니다.

이 기사와 후속 기사(1911년 및 1914년)에서 그는 로켓 이론과 액체 로켓 엔진의 토대를 마련했습니다. 그는 대기가 없는 행성 표면에 우주선을 착륙시키는 문제를 최초로 해결했습니다.

1926-1929년에 치올콥스키는 이륙 속도를 얻고 지구를 떠나기 위해 로켓에 얼마나 많은 연료를 넣어야 하는지에 대한 실용적인 질문을 해결합니다.

I.A. Minasyan: "Tsiolkovsky는 로켓이 개발할 수 있는 최대 속도를 계산할 수 있는 공식을 도출했습니다. 이 최대 달성 가능 속도는 물론 주로 로켓 노즐에서 가스가 유출되는 속도에 따라 달라집니다. 그리고 가스 속도, 차례로, 주로 연료 유형과 가스 제트의 온도에 따라 달라집니다. 온도가 높을수록 속도가 빨라집니다.

이것은 로켓의 경우 연소시 가장 많은 양의 열을 제공하는 가장 높은 칼로리 연료를 선택해야 함을 의미합니다.

그러나 로켓의 최대 속도는 노즐에서 가스가 유출되는 속도에만 의존하는 것이 아닙니다. 그것은 또한 로켓의 초기 및 최종 질량, 즉 무게의 어느 부분이 연료에 떨어지고 어떤 부분이 쓸모없는 (비행 속도 측면에서) 구조 : 본체, 제어 메커니즘, 방향타와 심지어 연소실 자체와 노즐까지.

이 Tsiolkovsky 공식은 현대 로켓의 전체 계산의 기초가 됩니다.엔진 작동이 끝날 때 항공기의 총 시작 질량과 항공기의 무게(즉, 기본적으로 빈 로켓의 무게에 대한 비율)입니다. )는 위대한 과학자를 기리기 위해 Tsiolkovsky 번호로 명명되었습니다.

이 공식의 주요 결론은 공기가 없는 공간에서 로켓은 속도가 빨라질수록 가스 유출 속도가 빨라지고 로켓의 초기 질량과 최종 질량의 비율이 커진다는 것입니다. Tsiolkovsky 수보다 큽니다. 로켓의 속도 제한이 연료의 품질과 유용한 질량과 "쓸모없는" 질량의 비율에 달려 있다는 사실을 확인한 Tsiolkovsky는 분말 연료의 발열 가능성을 조사했습니다. 그의 계산에 따르면 이러한 연료는 필요한 연소 온도를 제공할 수 없으며 따라서 지구의 중력을 극복하는 데 필요한 배기 속도를 제공할 수 없습니다. 또한 루스 파우더는 많은 양을 차지하므로 본체를 늘려야하므로 결과적으로 로켓의 최종 질량이 커집니다.

계산에 따르면 사람과 함께하는 액체 추진 로켓이 이륙 속도를 높이고 행성 간 비행을하려면 로켓 본체, 엔진, 메커니즘, 도구의 무게보다 XNUMX 배 더 많은 연료를 섭취해야합니다. 승객이 합쳐졌습니다. 다시 매우 심각한 장애물입니다.

과학자는 로켓 열차, 다단계 행성 간 선박이라는 원래의 탈출구를 찾았습니다. 그것은 상호 연결된 많은 미사일로 구성됩니다. 전면 로켓에는 연료 외에도 승객과 장비가 있습니다. 로켓이 차례로 작동하여 기차 전체를 분산시킵니다. 한 로켓의 연료가 다 떨어지면 버려지고 빈 탱크가 제거되어 기차 전체가 가벼워집니다. 그런 다음 두 번째 로켓이 작동하기 시작하는 식으로 앞 로켓은 마치 릴레이 경주처럼 이전의 모든 로켓이 얻은 속도를 받습니다.

로켓 스테이지를 최대한 많이 만드는 것이 더 유리해 보일 수 있습니다. 그러나 계산은 이것이 사실이 아님을 설득력있게 증명합니다. 최대 속도는 최대 XNUMX ~ XNUMX 단계까지 눈에 띄게 증가한 다음 거의 증가하지 않습니다. XNUMX단계 후 로켓의 속도는 거의 일정하게 유지됩니다.

장비가 거의 없기 때문에 Tsiolkovsky는 지구 주위를 비행하기위한 최적의 높이가 지구에서 XNUMX ~ XNUMXkm의 간격이라고 계산했습니다. 현대 우주 비행이 일어나는 곳은 바로 이 고도입니다.

동시대 사람들보다 수년 앞서 위대한 과학자는 정확한 수학 언어를 사용하여 처음으로 인간이 우주 공간을 지배하는 방법을 보여주고 행성 간 통신 기술이 따라야 할 실제 경로를 표시했습니다.

Tsiolkovsky의 작업에 대해 알게 된 독일 과학자 Hermann Oberth는 그에게 다음과 같이 썼습니다.

1911년에 콘스탄틴 에두아르도비치는 예언적인 말을 했습니다.

오늘날 우리는 모두 이 위대한 예언이 이루어지는 것을 목격하고 있습니다.

저자: Samin D.K.

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