Впрочем, Циолковский уже из знакомства с физикой понял, как важно иметь теоретические знания. Он впоследствии вспоминал, что благодаря чтению уже в четырнадцать лет «имел достаточно данных, чтобы решить вопрос, каких размеров должен быть воздушный шар, чтобы подниматься на воздух с людьми, будучи сделан из металлической оболочки определенной толщины».
В Москве Циолковский жил, по его признанию, на девяносто копеек в месяц: остальные деньги из пятнадцати рублей, присылавшихся ему из дома, он тратил на покупку приборов и материалов для разных опытов.
Так прожил он три года, никуда не поступив и продолжая свой курс самообучения по собственной системе. Он действительно был далек от практической жизни и расходился с окружающими не только во взгляде на возможность человека летать по воздуху в металлическом воздушном корабле, но и в тысяче других вещей. Он учился дома и в библиотеках, где читал книги. Все это казалось странным, и он получил у квартирной хозяйки за свой образ жизни прозвище «чудного».
Вскоре, полагая, что образование сына закончено, отец вызвал его домой. Юноша действительно возвратился в семью образованным человеком. Но что он мог делать, не имея диплома, при образовании одностороннем, ограниченном собственным вкусом?
Циолковский знал высшую математику, диференциальное исчисление, умел интегрировать, но в то же время не знал многих более простых вещей, о которых ему не случилось прочитать, и подчас заново открывал то, что до него было уже открыто и решено.
Циолковский стал давать уроки. Неожиданно у него обнаружились замечательные педагогические способности. Он выучивал самых отсталых детей, может быть, потому, что сам прошел трудную школу выучки без помощи других и очень хорошо разбирался во всех затруднениях детского ума. Тогда отец посоветовал ему сдать экстерном экзамен на звание учителя. В это время семья лесовода перебралась в Рязань, и здесь при местной гимназии Циолковский держал экзамен. Это было в 1879 году, и в этом же году Константин Эдуардович получил место учителя физики и математики в реальном училище в Боровске — маленьком городке Калужской губернии. Тут он женился на дочери своего квартирного хозяина и начал самостоятельную жизнь.
В самостоятельной жизни Циолковского важнейшая роль была отведена самым смелым и грандиозным научным исканиям.
Это дело увлекало молодого ученою так далеко за пределы интересов и понимания провинциального городка, что новый учитель вскоре стал в глазах всех его обитателей таким же чудаковатым человеком, каким он был в представлении его московской квартирной хозяйки.
Среди обывателей Боровска он не вызывал к себе приязни. Он нарушал своими поступками привычный уклад жизни, и этого было достаточно, чтобы быть в тягость косному и провинциальному окружающему миру.
Но ученики его обожали. В физическом кабинете Циолковского «сверкали электрические молнии, гремели громы, звонили колокольчики, плясали бумажные куколки, пробивались молнией дыры, загорались огни, блистали иллюминации и светились вензеля». Реалисты Боровска были в восторге от всех этих чудес.
Став сразу на путь самостоятельных научных исследований, Циолковский обнаруживает огромное дарование, но труды его сначала оказываются бесполезными. Не зная о работах по кинетической теории газов, Циолковский самостоятельно разрабатывает ее и тут же узнает, что теория уже разработана раньше его. Не зная о весьма старых работах, объясняющих происхождение солнечной энергии сжатием солнца, Циолковский приходит самостоятельно к той же теории и узнает, что теория эта не только давно разработана, но уже и взята под сомнение новейшими исследователями.
Константин Эдуардович Циолковский
(1857–1935).
Тем не менее Русское физико-химическое общество, которому боровский учитель представил свои работы, избрало его своим членом, отметив, что автор их обладает блестящими способностями и от него можно ожидать в будущем весьма ценных исследований и открытий.
И вот Циолковский обращается к разработке своей первой идеи воздушного корабля с металлической оболочкой, идеи, еще никем не разработанной.
Что представляет собой дирижабль Циолковского, спроектированный им так рано, на самой заре управляемого воздухоплавания, и не осуществленный до сих пор? В чем прежде всего состоит идея русского изобретателя, казавшаяся такой фантастической его современникам?
Циолковский считал дирижабль самым дешевым видом транспорта; он был убежден, что настанет время, когда воздушные корабли заменят все иные средства сообщения. В этом отношении он заходил так далеко, что считал выгодным строить их хотя бы даже из золота, не говоря уже о серебре.
Что касается до самого дирижабля, то основная идея Циолковского заключалась в том, что дирижабль должен иметь обязательно металлическую оболочку. Циолковский доказывал, что выгодно, возможно и неизбежно перейти в дирижаблестроении от оболочки из ткани к металлической. Далее он настаивает на введении температурного управления воздушным судном. Дело в том, что все дирижабли, которые строились и строятся, должны брать с собой балласт. Сбрасывая его, они поднимаются в воздух. При спуске же они должны выпускать тот дорогой газ, который создает их подъемную силу. Циолковский решительно восстал против этих грубых и примитивных способов подъема и спуска корабля. Он предложил другое: чтобы подниматься в воздух, нагревать газы при соответствующем увеличении объема газовместилища, а спускаться на землю посредством понижения температуры газа и происходящего в результате уменьшения плавательной способности дирижабля.
Проектировал Циолковский воздушные суда колоссальных размеров. Один из дирижаблей рассчитан им для перевозки ста тридцати тысяч пассажиров: длина его почти два километра, высота — около трехсот метров.
На первый взгляд конструкция дирижабля Циолковского не представляла ничего особенного: это продолговатое, обтекаемой формы тело, к которому подвешена очень длинная гондола. Поперечное сечение судна не круглое — оно имеет желобок наверху. Дирижабль Циолковского являлся судном переменного объема и не имел постоянного очертания. Когда газ сжимался, жолоб получал большую глубину; когда газ расширялся, жолоб выпрямлялся. При этом, разумеется, и вся металлическая оболочка испытывала различного рода изменения, деформации, изгибы не только в поперечном, но и в продольном направлении. Корабль Циолковского, так сказать, дышал, и если бы строить его оболочку из обыкновенного листового металла, то удлиняться и сокращаться она, конечно, не могла бы.
Циолковский выходил из затруднения таким образом: оболочка у него делалась гофрированной, так что получался металлический мешок, способный значительно изменять объем.
В этой столь своеобразно устроенной металлической оболочке и заключалась основа проекта Циолковского. Конечно, существовал и еще целый ряд сравнительно второстепенных вещей, отличающих его дирижабль от существующих и тем более от существовавших в то время, когда он разрабатывал свой проект. Например, гондола была прикреплена не к нижней части судна, как это обычно бывает, а посредством специальной подвески связана с его верхней частью. Подвеска служила одновременно и для того, чтобы управлять увеличением ИЛИ уменьшением объема оболочки.
Модель цельнометаллического дирижабля Циолковского.
В особое достоинство своему «аэронату» Циолковский ставил его несгораемость, непроницаемость металлической оболочки, долговечность, дешевизну, прочность и гладкую поверхность.
Водород, наполняющий металлический мешок, в случае прободения оболочки и случайного огня будет спокойно гореть, как горит, скажем, светильный газ у отверстия трубки, так как сам по себе водород, не смешанный с кислородом, не взрывает. Оболочка не загорится, и дирижабль, теряя газ, будет лишь плавно спускаться.
Металлическая оболочка дешевле, прочнее, долговечнее и непроницаемее матерчатой. Блестящая же поверхность ее меньше нагревается от солнца и меньше охлаждается ночью, а это для дирижабля имеет большое значение.
Проектирование воздушного корабля отняло два года. Весною 1887 года Циолковский отправился в Москву. Здесь в Обществе любителей естествознания он сделал свое первое публичное сообщение о металлическом управляемом воздушном корабле для перевозки грузов и пассажиров.
Профессор А. Г. Столетов передал рукопись доклада на отзыв Н. Е. Жуковскому. Жуковский засвидетельствовал, что оригинальный метод исследования и остроумные опыты автора характеризуют его как талантливого экспериментатора.
Опираясь на отзывы виднейших авторитетов того времени, общество выдало изобретателю небольшую сумму денег для изготовления модели. Боровский учитель возвратился домой с необыкновенным душевным подъемом. Он развивает огромную энергию и уже в 1890 году посылает в Русское техническое общество новый доклад и складную модель. Посылка адресуется Д. И. Менделееву, который, как это было известно, очень интересовался вопросами воздухоплавания и совершал полеты на воздушном шаре для наблюдения солнечного затмения.
И на этот раз расчеты Циолковского были признаны правильными. Однако председатель воздухоплавательного отдела общества В. В. Федоров, докладывая членам отдела работу Циолковского, сделал в заключение вывод, который убивал интерес к идее воздушного корабля.
— Аэростат, — заявил он, — должен навсегда силой вещей остаться игрушкой ветров.
Теперь мы знаем, насколько такое утверждение неверно, но в свое время в возможность управлять полетами аэростата почти никто не верил. С этим предвзятым убеждением надо было бороться, надо было доказать правоту своих расчетов и предложений, доказать полную управляемость воздушного корабля при любом ветре.
Так Циолковский был приведен к необходимости поставить опыты, исследовать вопрос о том, как сопротивляются газы и жидкости движению в них тел той или иной формы. И вот на заре аэродинамики, как науки, Циолковский начинает производить свои опыты.