Կամուրջ ֆանտաստիկայի և իրականության միջև... Ցիոլկովսկու խելահեղ գաղափարները
Մի քանի օր առաջ NASA-ն վերջապես կարողացավ իրականացնել SLS գերծանր հրթիռի մեկնարկը` ուղեծիր դուրս բերելով Orion տիեզերանավը։ Դեռևս առանց աստրոնավտների` տիեզերանավը հաջողությամբ սկսեց իր ուղին դեպի Լուսին, ինչով էլ սկսվեց մարդկությանը Լուսին վերադարձնելու Artemis ծրագիրը։
Տիեզերական հետազոտությունները ոչ միայն լուրջ գիտնականների ու ինժեներների` տասնմյակներ տևած քրտնաջան աշխատանքի արդյունք է։ Դրանում իրենց համեստ ներդրումն են ունեցել նաև ոչ պրոֆեսիոնալ երազողները, ում մարգինալ, երբեմն` խելահեղ ու ոչ պրակտիկ գաղափարները թույլ են տվել տարբերել ճիշտը սխալից, իրագործելին` անիրագործելիից։ Նման երազողներից էր ինքնուս ռուս գյուտարար, փիլիսոփա Կոնստանտին Ցիոլկովսկին։ PAN-ը պատմում է նրա որոշ նախագծերի մասին, զգալի մասը` գիտական մոտեցումների թյուր պատկերացման հետևանքով ոչ պրակտիկ, սակայն իր ժամանակի մտքի համար բավական առաջադեմ։
Իր կյանքի ընթացքում Ցիոլկովսկին հրատարակել է 148 աշխատանք, ևս 600 չհրապարակված ձեռագիր հայտնաբերվել է նրա արխիվում։ Կարելի է պնդել, որ Ցիոլկովսկու խոշորամասշտաբ գաղափարները ձևավորում էին միասնական հսկայական ուտոպիկ ստեղծագործություն` թե գիտաֆանտաստիկ ժանրի, թե հրապարակախոսական ելույթի ու թե գիտական բնույթի ծրագրային թեզիսներին բնորոշ հատկանիշներով։
Ցիոլկովսկու գյուտարարական աշխատանքներն իրենցից ներկայացնում են կամուրջ ֆանտաստիկայի ու իրականության միջև։
Մաթեմատիկական բանաձևերի գրառման համար գյուտարարն օգտագործում էր ռուսերեն տառերը` նշելով, որ երբ զարգանա ու ձևավորվի համամարդկային լեզու, այդ ժամանակ բանաձևերը հնարավոր կլինի գրի առնել այդ լեզվով, քանի որ բանաձևերը ոչ այլ ինչ են, քան բառերի ու արտահայտությունների կրճատ գրառում։
ԱԷՐՈԴԻՆԱՄԻԿ ԽՈՂՈՎԱԿԸ
Թևերի միջոցով թռչելու վերաբերյալ իր առաջին տեսական աշխատանքը Ցիոլկովսկին ստեղծել է 1890-1891թթ-ին։ Այն ժամանակ օդի հոսանքի ճնշման ուժը հարթ թիթեղի վրա հաշվում էին Նյուտոնի հարվածային բանաձևի միջոցով։ Ցիոլկովսկին, կտրված լինելով համաշխարհային գիտական կյանքից, դուրս բերեց սեփական բանաձևը, իսկ 1897-ին սեփական ուժերով կառուցեց բաց տիպի աէրոդինամիկ խողովակ` ցույց տալով նման խողովակներում բազմակողմանի ու լայնածավալ փորձարարական հետազոտությունների անհրաժեշտությունը։ Չնայած իր ստեղծած տեսական բազայի ոչ ադեկվատությանը, որում առկա էին կոպիտ մաթեմատիկական սխալներ, Ցիոլկովսկուն հաջողվեց ցույց տալ, որ դիրիժաբլի դիմադրությունն ավելի փոքր կլինի, եթե սարքի դիմային հատվածը լինի ոչ թե կոնաձև, այլ գնդաձև, նաև` որ նավախելի հատվածը մեծ ազդեցություն է թողնում այդ դիմադրության արժեքի մեծության վրա։
Այդուհանդերձ, Ցիոլկովսկու անցկացրած գիտափորձերն աչքի չէին ընկնում ճշգրտությամբ ու մաթեմատիկական հստակությամբ, արդյունքում դրանք այդպես էլ չհրատարակվեցին Գիտությունների կայսերական ակադեմիայի կողմից։ Նշվում է, որ Ցիոլկովսկու աէրոդինամիկ հետազոտություններն ունեին ոչ թե մտավոր, այլ սոցիալական նշանակություն. նա մատնացույց արեց աէրոդինամիկ հետազոտությունների անցկացման անհրաժեշտությունն ու մի շարք եզրակացությունների եկավ օդի հոսանքի հետ տարբեր մարմինների շփման որակական ասպեկտների մասին։
ԱԷՐՈՊԼԱՆ
«Աէրոպլան կամ թռչնակերպ (ավիացիոն) թռչող մեքենա» հոդվածը հրատարակվեց 1894-ին։ Այն ժամանակվա ինժեներները նշում էին, որ վերամբարձ ուժի հաշվարկների համար Ցիոլկովսկին օգտագործել էր սխալ բանաձև, ինչի հետևանքով նրա մոտ շարժիչի հզորության հաշվարկային բեռնվածությունը շատ ավելի քիչ էր, քան մյուս ինժեներների հաշվարկներում։ Սկզբնական բանաձևի սխալ լինելու պատճառով Ցիոլկովսկին թերագնահատել էր թևի երկարացման ազդեցությունը վերամբարձ ուժի արժեքի վրա` իր հոդվածում ներառելով աէրոպլանի թևերի նյութի խտության նվազեցման (այն ժամանակ) գիտաֆանտաստիկ գաղափարը։
1930-ականներին Ցիոլկովսկին մտորում էր օդա-ռեակտիվ շարժիչների մասին` բավականին էկզոտիկ գաղափարին տեսքով. աէրոպլանի թռիչքը մեծ բարձրության վրա պետք է տեղի ունենար մխոցային շարժիչների արտանետված գազերի ռեակտիվ ուժի ազդեցությամբ, որոնք դուրս էին հորդելու փողելքով։
ՄԻԱՄԵՏԱՂ ԱԷՐՈՍՏԱՏ
1890-ից Ցիոլկովսկին զբաղվում էր կառավարելի միամետաղ աէրոստատի նախագծով։ Հենվելով իր իսկ դուրս բերած` դիրիժաբլի վերամբարձ ուժի բանաձևի վրա` Ցիոլկովսկին եկավ եզրակացության, որ բարոմետրիկ ճնշման բարձրացման դեպքում աէրոստատը, դուրս մղելով ավելի ծանր օդի նույն ծավալը, պետք է վերև բարձրանա ու հակառակը` իջնի ճնշման նվազեցման դեպքում։
Այստեղից էլ բխում էր փոփոխական ծավալով միամետաղ դիրիժաբլի գաղափարը. մթնոլորտային ճնշման նվազեցման դեպքում դիրիժաբլի պատյանը բարձրացնող գազի ազդեցության տակ պետք է ընդլայնվեր ու, հակառակը, սեղմվեր մթնոլորտային ճնշման բարձրացման դեպքում։ Մթնոլորտային ջերմաստիճանի տատանումների ազդեցությունից խուսափելու համար գյուտարարն առաջարկում էր աէրոպլանի կառավարելիությունը բարելավել աշխատանքային մարմինը` բարձրացնող գազը տաքացնելով շարժիչների ջերմությամբ։
Այդուհանդերձ, գրեթե բոլոր ինժեներները, թե Կայսերական, ու թե Խորհրդային ժամանակներում նշում էին, որ միամետաղ աէրոստատի մասին Ցիոլկովսկու գաղափարները ոչ պրակտիկ են, ավելի շատ` ֆանտաստիկա, քան իրականություն։ Ինքը` գյուտարարը, մինչև մահը համոզված էր, որ ինքնաթիռները պարտվելու են դիրիժաբլերի հետ մրցավազքում։
ՑԻՈԼԿՈՎՍԿՈՒ ԲԱՆԱՁԵՎԸ
1897-ին Ցիոլկովսկին դուրս է բերում իր անվան բանաձևը, որը սահմանում է հրթիռի շարժման ցանկացած պահին իր արագության, փողելքով դուրս հորդող գազերի արտանետման արագության, հրթիռի զանգվածի ու պայթուցիկ նյութերի զանգվածի միջև կախվածությունը։ Հետագայում պարզվեց,որ նմանատիպ բանաձևեր ավելի վաղ դուրս են բերել նաև այլ գիտնականներ։
Բանաձևը դուրս բերելիս, Ցիոլկովսկին չէր փորձել վերլուծել հրթիռի թռիչքը հետագծի ակտիվ հատվածում, այդ իսկ պատճառով նրա հաշվարկները հաշվի չէին առնում արագության կորուստները աէրոդինամիկ դիմադրության ու Երկրի գրավիտացիայի պատճառով։ Ցիոլկովսկին նաև ոչինչ չգիտեր ժամանակի ընթացքում զանգվածի փոփոխության օրենքների մասին, ինչն ազդեցություն էր թողել հրթիռի անցած հեռավորության հաշվարկների վրա։
Ցիոլկովսկու ստացած արդյունքները հուսադրող էին` վկայելով միաստիճան հրթիռով երկրորդ տիեզերական արագության հասնելու հնարավորության մասին։ Միայն կյանքի վերջում Ցիոլկովսկին նշեց, որ գոյություն ունեցող վառելիքների էներգիան դժվար թե բավարար լինի «մոտակա երկրային արբանյակի» համար, այսինքն` իր հրթիռը չի կարողանա միջմոլորակային թռիչքներ իրականացնել։ Արդյունքում, Ցիոլկովսկին առաջարկեց մի քանի կարևոր նորարարություն. մասնավորապես, նա առաջին անգամ առաջարկեց տիեզերական հրթիռներում օգտագործել հեղուկ երկկոմպոնենտ վառելիք։ Նա հասկանում էր, որ նման վառելիքի օգտագործման դեպքում այրման խցում առաջանում էին այնքան բարձր ջերմաստիճաններ, որ այրվում էր ամբողջ հրթիռը` այդպես էլ չկարողանալով լուծել այս հակասությունը։ Վերոնշյալ գյուտարարական խնդրի լուծման համար Ցիոլկովսկին առաջարկում էր այրման խուցը տեղադրել անմիջապես հեղուկ թթվածնով բաքի մեջ։ Ջերնադինամիկայի մասին սխալ պատկերացումների պատճառով, նա նաև առաջարկում էր շարժիչի փողելքի երկարությունն անել հրթիռի երկարության չափ։
ԱՆԻՄԱՍՏ ՊԱՅՔԱՐ ԷՆԹՐՈՊԻԱՅԻ ԴԵՄ
1914-ին Ցիոլկովսկին հրատարակեց «Ջերմադինամիկայի երկրորդ օրենքը» հոդվածը, որում փորձում էր հերքել այդ օրենքը։ Հիմնվելով Նյուտոնի ու Հելմհոլցի հայտարարությունների վրա, համաձայն որոնց տիեզերական մասնիկները ձգվում են դեպի ինչ-որ ընդհանուր կենտրոն, ու, հետևաբար, նման ձգողականության դեպքում գազի մեջ անջատվում է լրացուցիչ ջերմություն սեղմման հետևանքով, Ցիոլկովսկին ենթադրեց, որ այդ երևույթն է բացատրում արևային էներգիայի բնույթն ու փորձեց այս գաղափարը հակադրել ջերնադինամիկայի երկրորդ օրենքին։ Սակայն, եթե Քլաուզիուսը նշում էր, որ ջերմության անցումը սառը մոլեկուլներից դեպի տաք միջուկ անհնար է առանց կոմպենսացիայի, Ցիոլկովսկին այս պայմանը հաշվի չէր առել։ Ավելի վաղ, 1911-ին, քննարկելով տիեզերանավում կենսապահովման փակ ցիկլի գաղափարը, Ցիոլկովսկին նույնպես հակասում էր Ջերմադինամիկայի երկրորդ օրենքին` համարելով, որ հնարավոր է ստեղծել փակ էկոհամակարգ, որը կարող է անորոշ երկար ժամանակ աշխատել ավտոնոմ ռեժիմում։
ՀՐԹԻՌԱՅԻՆ ԳՆԱՑՔ
1914-ին ամերիկացի Գոդարդը ստացավ երկաստիճան հեղուկ վառելիքով հրթիռի պատենտը, իսկ 1923-ին անջատվող աստիճաններով հրթիռի գաղափարը հրապարակեց գերմանացի հետազոտող Օբերտը։ 1920-ին Ցիոլկովսկին առաջարկեց փաթեթային կառուցվածքով հրթիռի նախագիծ` առանց աստիճանների։ 1929-ին նա նկարագրեց «հրթիռային գնացքը», որն իրենից ներկայացնում է «մի քանի միանման ռեակտիվ սարքերի միացում, որոնք շարժվում են սկզբում ճանապարհով, ապա` օդում, ապա` մթնոլորտի դուրս դատարկության մեջ»։
Ցիոլկովսկու գաղափարի համաձայն, գնացքը սկսում է օդային բարձիկի վրա շարժվել 288-700 կիլոմետրանոց հատուկ ճանապարհով։ Ապա, առաջին հրթիռն անջատվում էր ու շարժվում այլ ուղղությամբ, սկսում էր աշխատել երկրորդ հրթիռը։ Աստիճանաբար գնացքը բարձրանում էր 4-8 կմ ծովի մակերևույթից, իսկ վերջին հրթիռը դուրս էր գալիս մթնոլորտից ու ստանում տիեզերական արագություն։
ՀՐԹԻՌՆԵՐԻ ԷՍԿԱԴՐԱ
Ցիոլկովսկու նախագծերի ֆանտաստիկ բնույթն ակնհայտ էր արդեն իր ժամանակակիցների համար։ Օրինակ, նա նկարագրել էր հրթիռների էսկադրա, երբ մեկնարկում է միաժամանակ չորս հրթիռ։ Վառելիքի կեսի սպառման դեպքում հրթիռներից երկուսը դրա մնացորդները տեղափոխում են մնացած երկու հրթիռի մեջ ու վերադառնում Երկիր։ Երբ այս երկու հրթիռի մոտ էլ է վառելիքը միայն կիսով չափ լցնում բաքերը, հրթիռներից մեկը դրա մնացորդները տեղափոխում է մյուսի մեջ ու շարունակում թռիչքը։ Ցիոլկովսկու հաշվարկներով, առաջին տիեզերական արագության հնարավոր է հասնել 32 հրթիռներով։ Երկրի ուղեծրից հեռանալու համար անհրաժեշտ է արդեն 256 հրթիռ, իսկ մոլորակներից ու Արեգակից հեռանալու համար` 4096 հրթիռ։
ԷԼԵԿՏՐԱՄԱԳՆԻՍԱԿԱՆ ՀՐՈՒՄ
Ցիոլկովսկին հատկապես կենտրոնացած էր միաստիճան հրթիռի էներգազինման գաղափարի վրա։ 1921-ի ձեռագրերից մեկում նա գրում էր «էլեկտրամագնիսական հրման միջոցով հրթիռի արագացման մասին»։ Ըստ Ցիոլկովսկու, ռելսերի վրա գտնվող հրթիռին էլեկտրականության միջոցով հաղորդվում է արագացման համար անհրաժեշտ էներգիան, նա նաև դիտարկում էր վակուումային հրանոթ-խողովակում արագացում հաղորդելու գաղափարը։ Վերգետնյա ռելսային ուղիով հրթիռի շարժումն, ըստ Ցիոլկովսկու, նույնպես կարող էր երկակի լինել` կամ հատուկ քսուքով ռելսերի, կամ էլ օդային բարձիկի վրա, ինչը Ցիոլկովսկին նկարագրում էր որպես սահում հեղուկի կամ գազի վրա։ Նույն այդ թվականին նա գրում է ինքնաթիռի` տիեզերք դուրս գալու մասին` մթնոլորտում արագացում ստանալուց հետո։