ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ КОСМОНАВТИКА И ИДЕИ К. Э. ЦИОЛКОВСКОГО В СОВРЕМЕННОМ МИРЕ

Селизов Е.П. 1

1МБОУ Кубинская СОШ №1 имени Героя РФ И. В. Ткаченко

Хатунцева Е.А. 1

1МБОУ Кубинская СОШ № 1 имени Героя РФ И. В. Ткаченко

Работа в формате PDF

187.8 KB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьника Свидетельство руководителя

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

ВВЕДЕНИЕ

На одном из уроков по физике я увидел в учебнике колонку с надписью: «Константин Эдуардович Циолковский». В ней была изложена краткая информация о его трудах. Мне захотелось понять смысл работ данного учёного. Ведь сейчас мы совершенно забыли кто стоит у истоков современной космонавтики, а знания часто ограничиваются фамилиями Гагарина и Королёва.

Актуальностью данной исследовательской работы является: расширение представлений о гениальных отечественных ученых, воспитание патриотизма.

Цель моей работы: изучение биографии К. Э. Циолковского, его трудов, идей, предположений.

Я поставил перед собой задачи:

Познакомиться с биографией К.Э. Циолковского;
Проанализировать труды К.Э. Циолковского;
Изучить литературу и интернет-источники, связанные с данной

темой;

Расширить познания о современной космонавтике;
Выявить влияние идей К.Э. Циолковского на современные технологии.

Объект моей работы: идеи Циолковского К.Э.

Предметом исследования является результат влияния трудов К.Э. Циолковского на современную космонавтику.

Я стал рассуждать и предполагать: какова ценность трудов Константина Эдуардовича Циолковского перед человечеством?

Гипотеза: своими трудами он многого добился, возможно благодаря ему одному получилось преодолеть силу притяжения Земли и вырваться в космос.

Практическая значимость заключается в ознакомлении аудитории с ценностью вклада Константина Эдуардовича Циолковского в космонавтику.

Методы исследования:

Анализ научной литературы
Анкетирование

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1. Биография Константина Эдуардовича Циолковского

Циолковский Константин Эдуардович (1857-1935) – русский советский учёный и изобретатель. Работал в области аэродинамики, теории самолёта и дирижабля, ракетостроении, является основоположником современной космонавтики.

Происходил из рода Ястржембец. Родился в селе Ижевское Рязанской губернии. Отца звали Эдуард Циолковский, работал лесником. Мать – Мария Юмашева, была домохозяйкой. Обучала своих 13 детей сама, используя навыки, полученные в гимназии.

Мальчик рос непоседой, любил мечтать вслух. Не получил системного образования из-за перенесённой в детстве скарлатины, которая дала осложнения на уши. После этого занимался самообразованием.

В 1869 погиб старший брат Циолковского, Мама умерла 1870. Всё это сильно повлияло на мальчика.

В 14 лет отец Циолковского отправил его в Москву поступать в Высшее техническое училище. Но до Москвы Константин Эдуардович Циолковский доехал, а вот поступать не стал. Вместо этого он записался в Чертковскую библиотеку, в ней он продолжил самостоятельное изучение наук.

В 1876 году Константин Эдуардович приехал в Киров, там он стал давать частные уроки. Преподаваемые предметы объяснял на опытах.

В этом же году не стало младшего брата К. Э. Циолковского – Игната. Это больно сказалось на нём, ведь он был привязан к Игнату ещё с самого детства.

В сентябре 1879 года в г. Рязани К.Э.Циолковский экстерном сдал экзамен на звание учителя математики, а в январе 1880 года получил свое первое назначение. Впоследствии переехал в старинный русский город Боровск к месту будущей работы. Тут он прослыл чудаком за опыты, которые ставил круглый год. Обыватели считали идеи Циолковского несбыточными, баловными.

Женился на Варваре Соколовой, она родила ему семерых детей. Старший сын Игнатий покончил жизнь самоубийством. То же сделал Александр. Третий сын, Иван умер от заворота кишок. Самый младший – Леонтий умер во младенчестве от коклюша. Дочь Анна умерла от туберкулёза, пережили родителей только дочери Любовь и Мария В этом городе стал народным учителем, преподавал математику и физику в училищах Боровска и Калуги до 1921 года. Параллельно пытался заинтересовать научное сообщество своими проектами: цельнометаллический дирижабль, аэроплан, ракетная техника.

В 1887 дом Циолковского сгорел вместе с чертежами и машинами. А в 1908 году случилось наводнение, дом оказался в зоне затопления.

В 1920 году стал членом Русского общества любителей мироведения, удостоился персональной пенсии советского правительства.

Всю последующую жизнь занимался научными изысканиями в свободное от работы время, при этом учёного звания удостоен не был.

В 1935 доктора обнаружили у К. Э. Циолковского рак желудка. Он начал составлять завещание, осенью он дал согласие на операцию. После неё он получил телеграмму от Ленина, в которой выражалась надежда на скорейшее выздоровление учёного. Умер Циолковский 19 сентября 1935 года. Похоронен в Калуге.

В своих научно-фантастических произведениях предлагал заселить космическое пространство с использованием орбитальных станций, выдвинул идеи поездов на воздушной подушке, космического лифта. Считал, что могущество и совершенство разума на нашей планете сможет преодолеть силы тяготения и распространить жизнь по всей Вселенной.

Циолковский обосновал также использование ракет для полетов в космос. Именно он пришёл к выводу, что для полётов в космос необходимы многоступенчатые ракеты.

Для решения всех своих фантастических задач использовал математический аппарат. Благодаря которому Циолковский К.Э. пытался воплотить в реальность свои идеи теоретической космонавтики. Математический аппарат – это набор формул, условий, соотношений, благодаря которым можно решить задачу. Так была создана формула Циолковского, определяющая скорость летательного аппарата под воздействием тяги ракетного двигателя, неизменной по направлению, при отсутствии всех других сил. Скорость эта называется характеристической скоростью.

2.Теоретическая космонавтика

Слово космонавтика образуется от греческих слов «космос», означающее «мир» и «наутэс» - «мореход». В отечественной науке этот термин используется с 1935 года. Это слово не было положительно воспринято в науке. Вместо него предлагали использовать термин «звездоплавание».

Теоретическая космонавтика – раздел космонавтики, включающий в себя:

Астродинамику, раздел небесной механики, который изучает движение искусственных космических тел.
Теорию двигательных установок космических аппаратов.
Конструирование космических кораблей и станций.
Теорию автоматического управления космическими аппаратами.
Учёт влияния космической погоды на космические аппараты и космонавтов.
Космическую биологию.

Для появления теоретической космонавтики была необходима основа, от которой бы отталкивались учёные. Эти основы были заложены Исааком Ньютоном, Эйлером и Лагранжем.

Исаак Ньютон написал книгу «Математические начала натуральной философии» в которой описал законы движения тел в приделах атмосферы земли, опубликованную в 1687 году.

Леонард Эйлер выдвинул «Теорию движения планет и комет», «Теорию движения Луны», «Новую теорию движения Луны», описав в этих трудах движение космических тел во Вселенной. Первая его работа вышла в свет в 1744 г.

В 1772 году математик Жозу Луи Лагранж вычислил в своем исследовании «Проблема трех тел», что гравитационное поле Земли должно нейтрализовать гравитационное притяжение самого большого объекта в Солнечной системе, позволившем впоследствии производить расчёты космических скоростей.

Но всё это не образовывало теоретическую космонавтику. Все эти учёные описывал движение естественных космических тел, а теоретическая космонавтика предполагает расчеты движения для искусственных тел.

Первую попытку описания ракетного аппарата осуществил, будучи в тюрьме, Николай Иванович Кибальчич – русский революционер, участник последнего покушения на Александра III.

23 марта 1881года Н.И. Кибальчич выдвинул идею ракетного летательного аппарата с качающейся камерой сгорания. Впервые проект был опубликован в 1918 году в журнале «Былое».

Анализируя труды предшественников, Константин Эдуардович Циолковский обосновал и выдвинул концепции использования ракет, применения жидкостных ракетных двигателей, необходимости многоступенчатых ракет. Им изучались вопросы жизнеобеспечения в космосе, влияние перегрузок и невесомости на человека.

3.Идеи К. Э. Циолковского

Константин Эдуардович оставил огромное научное наследие. Его проекты были впереди своего времени. Какие-то из них были реализованы через годы, другие становятся актуальными в наше время, превращаясь из фантастики в обыденность нашей жизни. Рассмотрим самые известные:

Дирижабль Циолковского

В 28 лет Константин Циолковский принял важное решение – посвятить себя изучению воздухоплавания и созданию металлического аэростата.

Он предложил сделать дирижабль из оболочки тонкого металла с гофрированными боковинами, а вместо водорода в качестве подъёмной силы использовать нагретый воздух. Конструкция имела объём 500 000 м³, превосходя даже самые крупные дирижабли «Гинденбург» и «Граф Цеппелин II», их объём составлял всего лишь 200000 м³.

Преимущества аэростата Циолковского над остальными дирижаблями:

Пожарная безопасность
Устранение просачивания воздуха и водорода через металлическую оболочку
Отвесная управляемость без потери газа и балласта (балласт – дополнительный груз, с помощью которого можно добиться улучшения ходовых качеств как воздушного, так и морского транспорта).
Широкое изменение подъёмной силы
Значительная грузоподъёмность
Быстрота и простота постройки
Дешёвый и прочный материал

Данный проект не получил необходимого финансирования, хоть и поражал своим масштабом. Циолковский обращался даже в Генеральный штаб русской армии, где ему было отказано в финансировании. На дальнейшую работу с дирижаблем у Константина Эдуардовича не было ни сил, ни средств.

Моноплан Циолковского

Циолковский К.Э. в конце XIX века опубликовал книгу «Аэростат или птицеподобная летательная машина». В ней он представил концепцию цельнометаллического моноплана с изогнутым утолщенным крылом. Конструкция имела обтекаемую форму, что позволяло развивать большую скорость при наименьшем сопротивлении воздуха. В машине должен был находиться бензиновый двигатель внутреннего сгорания, рули находились в хвосте, шасси можно было убирать в корпус. Циолковский даже предусмотрел гироскопический автопилот с электроприводом. Создан был только макет аэроплана. Российская научная общественность не придала значения этой идее, что и помешало дальнейшему развитию.

Но, не смотря на это, К.Э. Циолковский в последующие годы жизни опубликовал несколько работ, которые являлись продолжением идеи моноплана. В 1929 году выходит в свет труд «Новый аэроплан», в котором предлагается строить самолёты из корпусов-фюзеляжей, которые соединялись в летающее крыло. В 1930 была опубликована работа «Реактивный аэроплан», в ней рассказывалось о летательных машинах, предназначенных для полётов в верхних слоях атмосферы. В 1932 году Циолковский выпустил брошюру «Стратоплан реактивный», в ней давались расчеты будущих турбокомпрессорных винтовых реактивных и турбореактивных двигателей.

Через 8 лет, в 1940 году был испытан первый советский ракетоплан РП-318, конструктором которого был С. П. Королёв. А в 1942 году был испытан отечественный реактивный истребитель БИ-1, создателями которого были А. Я. Березняк и А. М. Исаев.

«Аэродинамическая труба» Циолковского

Аэродинамическая труба – одна из множества идей, которая была реализована самим учёным. Все средства для исследований Циолковский приобретал за свой счёт. Он обустроил собственную мастерскую-лабораторию. Она была первой лабораторией аэродинамики в России. В ней Константин Эдуардович и создал прототипное устройство аэродинамической трубы. Аэродинамическая труба представляет собой устройство, с помощью которого можно моделировать процессы, происходящие при движении различных тел в атмосфере. Скорость потока воздуха достигала 5,15 м/с, труба была открытого типа (обдуваемые модели были не внутри неё, а снаружи). Свои опыты Циолковский опубликовал в журнале «Вестник опытной физики и элементарной математики», а также отправил письмо в Академию наук. Там при поддержке М. А. Рыкачёва идея получила одобрение, было выделено 470 рублей на опыты, с условием, что Константин Эдуардович пришлёт результаты своих работ с «воздуходувкой». Но выводы, отправленные впоследствии, не впечатлили Академию наук, дальнейшей поддержки оказано не было. Несмотря на это Циолковский испытал модели своих воздушных судов, достигнув необходимых для дальнейшей научной деятельности целей.

4. Поезд на воздушной подушке

В 1927 году была опубликована революционная работа Константина Циолковского «Сопротивление воздуха и скорый поезд». В этих трудах автор утверждает, что трение может быть практически устранено благодаря заполнению пространства между железнодорожными путями и днищем состава воздушной массой. Воздух должен будет подаваться постоянно, компенсируя утечки через наружную щель. Поезд опирается на тонкую воздушную подушку, по ней и движется, а рельсы – всего лишь направляющие, которые не позволяют машине сойти с полотна. Циолковский говорил, что тогда уйдёт необходимость рыть тоннели, строить мосты, ведь машина сможет с лёгкостью перескочить через любую естественную преграду. Учёный посвятил множество трудов, в которых рассказывается о создании вездеходов, водных судов, в основе которых лежала концепция поезда на воздушной подушке. Эта идея распространилась в 1960-х, 1970-х годах и считается перспективной до сих пор.

5. «Лифт в космос»

У учёного рождались порой и очень удивительные концепции. Одной из них является «Лифт в космос».

В 1895 году Циолковский обратил внимание на возможность создания лифта, с помощью которого можно было достигнуть космоса. Это позволит не прибегать к использованию ракеты, ведь подъём на лифте имеет гораздо меньше затрат по сравнению с полётом ракеты. Конструкция представляет собой трос, по которому должен передвигаться подъёмник. Снизу трос может быть закреплён за морское судно (подвижное соединение) или за поверхность Земли (неподвижное соединение), а сверху, за геостационарной орбитой (орбитой над экватором), должен находиться противовес. Это строение должно достигать высоты в 35 тысяч километров, а лифт должен двигаться со скоростью 11 километров в секунду.

Первый, кто начал развивать концепцию Циолковского – советский учёный Ю. Н. Арцутанов, но идею не спешили реализовывать, так как всем она казалась не реальной, сказочной.

Правда, сейчас интерес к лифту в космос вновь возрастает, многие страны финансируют создание этого сооружения.

6. Космический ракетный поезд.

Бесспорно, самой известной концепцией является космический ракетный поезд.

В 1929 году Константин Эдуардович Циолковский предложил эту идею. Заключается она в том, что после использования ракетного топлива оно будет сбрасываться на землю, становясь при этом движущей силой. В основу этой концепции легла теория движения тел переменной массы, открытая И. В. Мещерским и К. Э. Циолковским. Учёный рассчитал, что когда будет сброшена последняя ракета и достигнута космическая скорость, поезд отправится в космос.

В 1935 году Циолковский уточнил расчёты и доказал, что первой космической скорости можно достигнуть только благодаря многоступенчатым ракетам.

В отечественной науке ракетостроение не стояло на месте. Продолжил труды Циолковского, стал его последователем, С. П. Королёв разработал первую межконтинентальную баллистическую ракету. Называлась она Р-7. Перед ней Королёвым было разработано множество одноступенчатых ракет, что привело его к выводу о том, что для достижения территории противника на другом континенте необходима более мощная многоступенчатая конструкция, которая была предложена Циолковским. Решено было проверить это предположение. Р-7 была испытана 21 августа 1957 года в Байконуре. Её головная часть, имитирующая ядерную боеголовку, поразила цель на Камчатке. То есть практически подтвердилась идея Циолковского об использовании многоступенчатых ракет. В 1960 году межконтинентальная баллистическая ракета была принята на вооружение Советской Армии. Именно на базе Р-7 было создано семейство ракет носителей: «Восток», «Восход», «Молния», «Союз», с помощью которых осуществлялись и осуществляются запуски спутников и полёты человека в космос.

Стоит отметить, что многие зарубежные учёные, являющиеся современниками Циолковского, присваивали его труды себе. Так, в работах Оберта «Ракета и космическое пространство» ссылок на работы Константина Эдуардовича нет, его фамилия упомянута только в подстрочном примечании. В некоторых странах основоположниками теории ракет дальнего действия и космических ракет называли Годдарда, Оберта, фон Брауна и других, сознательно не упоминая имя Циолковского.

4. Отражение идей К. Э. Циолковского на современность

Константин Циолковский предложил множество инновационных идей, часть из которых была реализована на практике.

Сейчас каждый день производятся запуски ракет, существуют целые их семейства, а значит вновь и вновь достигаются космические скорости. По орбите Земли передвигаются космические станции. Сейчас существуют даже научные компании, которые занимаются запусками ракет и выведением спутников как в атмосферу, так и на орбиту, созданием орбитальных станций.

Межконтинентальные баллистические ракеты находятся на постоянном боевом дежурстве. На низких высотах находятся аэростаты, отслеживающие погоду. По всему Земному шару проходят авиалинии, по которым курсируют самолёты самых различных конструкций. В некоторых странах прокладываются линии для передвижения поездов на воздушной подушке, создаются вездеходы для преодоления различных естественных препятствий, основанные на идее воздушной подушки. Мы можем рассчитать движение искусственного космического тела благодаря формулам, выведенным Циолковским.

Некоторые идеи Циолковского только ожидают своего подтверждения или опровержения. Ведущие страны мира борются за создание грандиозного космического лифта. Сейчас ищут высокопрочный материал для такого сооружения. Наиболее заинтересованы в космическом лифте Япония, США, Канада, Китай.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Мною были проведены анкетирования среди учащихся 10 классов с целью определения степени знаний о К.Э. Циолковском (См. Приложение 2, Приложение 3).

Анкетирование №1

Первый вопрос анкеты показал, знакомы ли ученики с именем К. Э. Циолковского.

Многие написали, что знают, кто такой К. Э. Циолковский, но последующие вопросы были подтверждением поверхности знаний опрошенных.

Второй вопрос позволил выяснить, сколько учащихся знают дату рождения великого учёного К.Э. Циолковского.

Больше половины учеников не знают дату рождения К.Э. Циолковского.

На третий вопрос было столько вариантов ответа, что если все их совместить, то получится решение: «Циолковский родился везде: от Москвы до Самары и Калуги». Верный ответ был: «Ижевское». Так ответили люди, составляющие меньше четверти от общего числа опрошенных.

С помощь четвёртого вопроса можно увидеть знание учащимися биографии К.Э. Циолковского.

В итоге выяснилось, что некоторые учащиеся всё-таки знают, какие предметы вёл учёный в училищах.

Результаты ответов на пятый вопрос: большее число опрошенных не знакомо с идеями К.Э. Циолковского.

Вывод из ответов на шестой вопрос: около половины учащихся не знает в каких науках реализовал себя Константин Эдуардович Циолковский.

Вопрос седьмой: ученики не знают причины появления утверждения Циолковский – отец космонавтики.

Отвечая на восьмой вопрос, большинство опрошенных воспринимает космонавтику как науку.

Вывод из результатов анкетирования №1

Из ответов учеников 10-ых классов можно сделать вывод: знания об учёном-самоучке Циолковском слишком поверхностны и малы, а значит, подтверждается необходимость ознакомления аудитории с биографией и идеями Константина Эдуардовича Циолковского.

Анкетирование №2

Первый вопрос позволил оценить знания учащихся после проведения лекций.

Второй вопрос позволил выявить полученные аудиторией знания.

С помощью третьего вопроса можно оценить познания учеников в области биографии Циолковского.

Четвёртый вопрос помог оценить глубину знаний учащихся о биографии Циолковского.

Пятый вопрос позволил выявить знания аудитории в области трудов Циолковского.

Вопрос шестой позволил обнаружить знания концепций Циолковского аудиторией, в которой были проведены лекции.

Вопрос седьмой позволил узнать отношение учащихся к идеям Циолковского.

Вывод из результатов анкетирования №2

На основе результатов анкетирования можно сделать вывод: после проведения лекций для аудитории 10-ых классов знания учащихся о К. Э. Циолковском, его концепциях заметно повысились.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Ознакомившись с биографией К.Э. Циолковского, изучив научную литературу и интернет источники, я могу сделать вывод:

К. Э. Циолковский – человек, который доказал, что успех кроется внутри человека, в его упорстве, силе воли, целеустремлённости. Он действительно опередил время. Многие его мечты воплотились в реальность через годы, например первая космическая скорость была достигнута в 1957 году, вторая – в 1959, с помощью многоступенчатой ракеты, как и рассчитал Циолковский. Некоторые концепции «гражданина Вселенной», возможно, являются нашим будущим. Циолковского можно назвать основателем теоретической космонавтики, так как он рассмотрел возможность движения летательных аппаратов, снабжённых реактивными двигателями, то есть теорию двигательных установок космических аппаратов.

Теоретическая космонавтика вылилась в практическую. Теперь перед полётом космического аппарата можно рассчитать его движение с помощью формул, выведенных Циолковским, а затем испытать всё на практике.

Сейчас активно совершенствуются идеи учёного. Его труды по аэронавтике, ракетодинамике, космонавтике могут пригодиться для решения современных проблем.

Поставленная мною цель достигнута. Задачи решены. Гипотеза доказана.

Мы обязаны Константину Эдуардовичу за его умопомрачительные концепции, ставшие основой для множества космических открытий. Народ, не знающий своего прошлого, никогда не построит будущего, поэтому необходимо помнить о величайшем учёном-самоучке Константине Эдуардовиче Циолковском.

Список использованной литературы:

Рыжов К.В. «100 великих россиян», 2002 г., издательство «Вече»
А. Монвиж-Монтвид «Наша история. 100 великих имен», 2011г., издательство «Де Агостини»
Е. Ананьева «Космонавтика», 2004г., издательство «Аванта»
Н. С. Наровлянский «Так начинался Байконур», 1991г., издательство «Прометей»
https://ru.wikipedia.org/wiki/Циолковский,_Константин_Эдуардович
https://www.culture.ru/persons/9463/konstantin-ciolkovskii
https://rzn.aif.ru/culture/person/1340514
https://dzen.ru/a/YSEBe06U-n3ajukm
https://gmik.ru
https://biographe.ru/uchenie/konstantin-tsiolkovskiy/

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Анкетирование 1

Анкета на тему: «К. Э. Циолковский»

Знаете ли Вы кто такой К. Э Циолковский?
Когда родился Константин Эдуардович Циолковский?
В каком городе родился К. Э. Циолковский?
Какие предметы преподавал Циолковский?
Какие его идее Вы знаете?
Каким наукам были посвящены работы Циолковского?
Почему Циолковский стал «отцом космонавтики»?
Что для Вас значит слово «космонавтика»?

Анкетирование 2

Анкета на тему «К. Э. Циолковский»

Кто такой Константин Эдуардович Циолковский?
В каком году родился Константин Эдуардович Циолковский?
Где родился К. Э. Циолковский?
Назовите профессию К. Э. Циолковского?
Основоположником какой науки является К. Э. Циолковский?
Какие концепции К. Э. Циолковского Вы узнали?
Актуальны ли идеи Циолковского в современном мире?

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Диаграммы анкетирования 1.

Вопрос №1

Вопрос №2

Вопрос №3

Вопрос №4

Вопрос №5

Вопрос №6

Вопрос №7

Вопрос №8

Анкетирование 2.