К сожалению, проект цельнометаллического дирижабля не был поддержан научными учреждениями. Обращение Циолковского в Генеральный штаб русской армии тоже не имело успеха. В сущности, все ограничилось публикацией работы «Аэростат металлический управляемый».
В 1892 году Циолковский переехал в Калугу.
Там он начал преподавать физику и математику в гимназии и епархиальном училище, а в научной деятельности обратился к новой, мало изученной тогда области летательных аппаратов тяжелее воздуха.
В статье 1894 года «Аэроплан или птицеподобная (авиационная) летательная машина» Циолковский дал описание и чертежи моноплана, который по внешнему виду и аэродинамической компоновке предвосхищал конструкции самолетов, появившихся только через пятнадцать-двадцать лет. В аэроплане Циолковского крылья имели толстый профиль с округленной передней кромкой, а фюзеляж – обтекаемую форму.
В 1897 году Циолковский своими силами построил аэродинамическую трубу, как он ее называл – воздуходувку, и разработал специальную методику экспериментов. Но самые значительные результаты он все же получил в области теории движения ракет.
Об использовании принципа реактивного движения Циолковский заговорил еще в 1883 году. Однако только в 1903 году в знаменитой статье «Исследование мировых пространств реактивными приборами», опубликованной в журнале «Научное обозрение», он дал теорию полета ракеты с учетом изменения ее массы в процессе движения, а также обосновал возможность применения реактивных аппаратов для межпланетных сообщений. И строгое математическое доказательство возможности применения ракеты для решения научных проблем, и сама идея использования ракетных двигателей для создания движения грандиозных межпланетных кораблей – все целиком принадлежало Циолковскому. В той же статье он разработал основы теории жидкостного реактивного двигателя, а также элементов его конструкции.
Углубляя свои исследования, в 1929 году Циолковский предложил оригинальную теорию ракетных «поездов».
В первом варианте его теории должна была использоваться большая ракета, составленная из нескольких других последовательно соединенных одна за другой ракет. При взлете такого «поезда» толкающей являлась последняя (нижняя) ракета. Использовав топливо, она отделялась от «поезда» и падала на землю. Далее включался и начинал работать двигатель следующей нижней ракеты. Выработав топливо, она также отделялась от «поезда». К конечной цели приходила головная ракета, достигшая скорости, какой она никогда не смогла бы достигнуть будучи одинарной. Во втором варианте «поезд» состоял из параллельного соединения ракет, названного Циолковским эскадрильей. Все ракеты такой эскадрильи должны были работать одновременно – до момента использования половины своего топлива. После этого запас топлива из крайних ракет сливался в полупустые баки внутренних, а сами ракеты отделялись от эскадрильи. Указанный процесс должен был повторяться до тех пор, пока оставалась только одна ракета. Она и достигала цели.
Циолковский не только решил задачу о движении ракет в однородном поле тяготения и подсчитал необходимые запасы топлива для преодоления силы притяжения Земли, он еще, пусть и приближенно, рассмотрел влияние атмосферы на полет ракеты и вычислил запас топлива для преодоления сил сопротивления воздушной оболочки Земли. Исследования Циолковского впервые научно показали возможность осуществления полетов с космическими скоростями. Он первый изучил вопрос об искусственном спутнике Земли, а также высказал идею о создании внеземных станций как промежуточных баз при межпланетных сообщениях. Он выдвинул идею газовых рулей для управления полетом ракеты в безвоздушном пространстве и предложил гироскопическую стабилизацию ракеты в свободном полете в пространстве, где не действуют силы тяжести и силы сопротивления. Чтобы ракета не сгорела, как метеорит, при возвращении из пространства на Землю, Циолковский вычислил специальные траектории для погашения скорости при приближении к Земле, а также предложил специальные способы охлаждения стенок ракеты жидким окислителем. Исследовав большое число возможных окислителей и горючих, для жидкостных реактивных двигателей Циолковский рекомендовал следующие топливные пары: спирт и жидкий кислород, углеводороды и жидкий кислород или озон.
«…Сначала можно летать на ракете вокруг Земли, – мечтал Циолковский, – затем можно описать тот или иной путь относительно Солнца, достигнуть желаемой планеты, приблизиться или удалиться от Солнца, упасть на него или уйти совсем, сделавшись кометой, блуждающей многие тысячи лет во мраке, среди звезд, до приближения к одной из них, которая сделается для путешественников или их потомков новым Солнцем.
Человечество, – писал он, – образует ряд межпланетных баз вокруг Солнца, использовав в качестве материала для них блуждающие в пространстве астероиды (маленькие луны). Реактивные приборы завоюют людям беспредельные пространства и дадут солнечную энергию в два миллиарда раз большую, чем та, которую человечество имеет на Земле. Кроме того, возможно достижение и других солнц, до которых реактивные поезда дойдут в течение нескольких десятков тысяч лет. Лучшая часть человечества, по всей вероятности, никогда не погибнет, но будет переселяться от солнца к солнцу, по мере их погасания. Нет конца жизни, конца разуму и совершенствованию человека. Прогресс его вечен.
А если это так, то невозможно сомневаться и в достижении бессмертия».
Только при Советской власти Циолковский получил возможность работать, не думая о материальной стороне дела.
«…Учреждена была в Москве Социалистическая (названа потом Коммунистической) Академия. Я заявил ей о себе и послал свою печатную автобиографию. Был избран членом. Но я уже был развалиной, – с горечью писал Циолковский, – и не мог выполнить желание Академии переехать в Москву».
В 1919 году Циолковского избрали членом Русского общества любителей мироведения в Петрограде, в 1927 году – членом Южного астрономического общества, в 1928 – членом Комиссии по научному воздухоплаванию, в 1932 – членом Союза Осоавиахима, а в 1934 году – почетным профессором Академии воздушного флота. Многие в Калуге хорошо знали человека в длинном черном пальто, в черном шляпе, с черным шарфиком через плечо, разговаривавшего только с помощью слуховой трубы, которую он сам называл «слухачом».
Исследования Циолковского оставили яркий след в аэродинамике, философии, лингвистике, в трудах об общественном устройстве жизни людей на искусственных островах, плавающих вокруг Солнца между орбитами Земли и Марса («эфирные острова»). Некоторые из этих исследований спорны, некоторые повторяют созданное до него, тем не менее, работы, выполненные в провинциальной Калуге человеком, во многом оторванным от мировой культуры, не могут не восхищать.
«Я – чистейший материалист, – не раз отмечал Циолковский. – Ничего не признаю, кроме материи. В физике, химии и биологии вижу одну механику. Весь космос только бесконечный и сложный механизм. Сложность его так велика, что граничит с произволом, неожиданностью и случайностью».
На самом деле взгляды Циолковского были гораздо сложнее.
Замечательное тому свидетельство оставлено известным советским ученым А. Л. Чижевским, хорошо знавшим великого калужского самоучку.
«…Есть вопросы, на которые мы можем дать ответ, – вспоминал Чижевский слова Циолковского, – пусть не точный, но удовлетворительный для сегодняшнего дня. Есть вопросы, о которых мы можем говорить, которые мы можем обсуждать, спорить, не соглашаться, но есть вопросы, которые мы не можем задавать ни другому, ни даже самому себе, но непременно задаем себе в минуты наибольшего понимания мира. Эти вопросы: зачем все это? Если мы задали себе вопрос такого рода, значит, мы не просто животные, а люди с мозгом, в котором есть не просто сеченовские рефлексы и павловские слюни, а нечто другое, иное, совсем не похожее ни на рефлексы, ни на слюни. Не прокладывает ли материя, сосредоточенная в мозгу человека, некоторых особых путей, независимо от сеченовских и павловских примитивных механизмов? Иначе говоря, нет ли в мозговой материи элементов мысли и сознания, выработанных на протяжении миллионов лет и свободных от рефлекторных аппаратов, даже самых сложных?…
Да-с, Александр Леонидович, – говорил Циолковский, – как только вы зададите себе вопрос такого рода, значит вы вырвались из традиционных тисков и взмыли в бесконечные выси: зачем все это – зачем существуют материя, растения, животные, человек и его мозг – тоже материя, – требующий ответа на вопрос: зачем все это? Зачем существует мир, Вселенная, Космос? Зачем?…
Многие думают, что я хлопочу о ракете и беспокоюсь о ее судьбе из-за самой ракеты. Это было бы глубочайшей ошибкой. Ракеты для меня только способ, только метод проникновения в глубину космоса, но отнюдь не самоцель. Не доросшие до такого понимания вещей люди говорят о том, чего не существует, что делает меня каким-то однобоким техником, а не мыслителем. Так думают, к сожалению, многие, кто говорит или пишет о ракетном корабле. Не спорю, очень важно иметь ракетные корабли, ибо они помогут человечеству расселиться по мировому пространству. И ради этого расселения я-то и хлопочу. Будет иной способ передвижения в космосе – приму и его. Вся суть – в переселении с Земли и в заселении Космоса. Надо идти навстречу, так сказать, космической философии! К сожалению, наши философы об этом совсем не думают. А уж кому-кому как не философам следовало бы заниматься этим вопросом. Но они либо не хотят, либо не понимают великого значения вопроса, либо просто боятся. И то возможно! Представьте себе философа, который боится!.. Демокрита, который трусит!.. Невозможно!..
