Т.Н. ЖЕЛНИНА

Понятие "промышленное освоение космоса" (индустриализация космоса) неоднозначно. В узком смысле оно означает вовлечение в процесс производства материальных благ внеземной природы и преобразование космоса в среду обитания человечества с целью удовлетворения его насущных потребностей. Более широкое понятие "промышленное освоение космоса" включает еще и полное преобразование Земли как планеты в ходе промышленного овладения ее природными богатствами. В трудах К.Э. Циолковского термины "промышленное освоение космоса", "индустриализация космоса", естественно, не встречаются. Но, говоря о необходимости освоения и использования пространств и ресурсов Земли и космоса, он вкладывал в свои рассуждения тот же самый смысл, что вкладываем мы в данные термины.

Циолковский также представлял процесс овладения окружающим человека миром как широкомасштабный процесс, складывающийся из нескольких стадий: промышленного освоения Земли, промышленного освоения Солнечной системы, промышленного освоения других звездных систем. Причем он считал, что переход к каждой из последующих стадий может и должен начинаться еще на стадии предыдущей. Так, начало освоения пространства и энергии Солнечной системы, естественно, предполагало достижение определенного уровня производства и потребления энергии в пределах Земли (см. об этом, например, [1]). Но для того, чтобы выйти за эти пределы и начать внедрение в околоземную среду, совсем не обязательно было полное использование земных ресурсов. В течение какого-то времени дальнейшее преобразование Земли и преобразование Солнечной системы должно было идти параллельно. Точно также переход к овладению природными богатствами других звездных систем мог произойти, по Циолковскому, не тогда, "когда истощится энергия Солнца", а еще раньше, если "часть существ захочет иного света или заселения пустынь" [2, с. 195-196]. Эту особенность взглядов ученого на последовательность развертывания процесса индустриализации космоса не следует упускать из виду, рассматривая конкретные программы деятельности человечества, предлагавшиеся Циолковским для каждой из стадий промышленного освоения космоса.

Однако отмечая взаимопроникновение этих стадий, Циолковский признавал за ними и относительную самостоятельность. Во всяком случае, определяя их цели и намечая пути, которые приведут к достижению этих целей, он рассматривал стадии и в совокупности, и по отдельности, т.е. разрабатывал проблемы индустриализации космического пространства как в широком, так и в узком значении данного понятия. Это позволяет нам изучать и анализировать систему взглядов Циолковского по проблемам промышленного освоения как отдельных областей космоса, так и Вселенной в целом.

В связи с прогнозируемым развитием внеземного производства особую актуальность приобретают идеи и предложения, высказанные Циолковским именно в этой области.

Следует отметить, что до настоящего времени данный раздел научного наследия ученого изучался фрагментарно и несколько поверхностно. Учитывая, что Циолковский занимался разработкой вопросов промышленного освоения космоса более полувека и посвятил этой теме целый ряд трудов, представляется целесообразным попытаться реконструировать его идеи в области индустриализации космоса. Решение этой задачи является необходимой предпосылкой и фундаментом исследований, имеющих целью оценку значимости работ Циолковского.

По существу размышляя о возможности распространения человечества "по лицу Вселенной" [3, л. 102], ученый подразумевал под этим его активное внедрение во внеземной космос как в новую среду обитания и деятельности, прежде всего научно-исследовательской и производственной. Оно должно было неизбежно сопровождаться вовлечением в процесс производства материальных благ условий, процессов, факторов, вещества и энергии космоса, иначе выход за пределы планеты терял смысл. Другими словами, понятия "освоение космоса" и "промышленное освоение космоса" были для Циолковского равнозначны. Не удивительно, что первые идеи, имеющие прямое отношение к внеземному производству, он высказал еще до того, как им было найдено транспортное средство, способное преодолеть силу земного тяготения и осуществить полет за атмосферу. Еще не зная, каким образом можно достичь космической скорости, но веря в возможность распространения человечества вне Земли, ученый неразрывно связывал этот процесс с созданием космической индустрии.

Так, в сочинении "Свободное пространство" [4], написанном с 20 февраля по 13 апреля 1883 г.¹, Циолковский дал последовательное изложение основ физики невесомости, выявил технический потенциал невесомости в сочетании с вакуумом, тем самым научно обосновав возможность производственной деятельности вне планет. Он разобрал здесь физические условия в среде без сил тяготения и сопротивления, объяснил, что такое состояние невесомости и как оно возникает, охарактеризовал силы, действующие в условиях невесомости, особенности взаимодействия жидкости с поверхностью твердых тел, указал на изменение характера гидростатических явлений в невесомости, отсутствие тепловой конвекции, преобладающую роль капиллярных эффектов, показал возможность действия в невесомости некоторых приборов и машин, в частности блоков, гидравлических и рычажных процессов. Лейтмотивом данного сочинения была мысль о том, что невесомость и вакуум не только не помеха для жизни и работы, но новая среда несет немалые преимущества по сравнению с условиями на планете, надо только суметь воспользоваться ее возможностями [4, л. 1-20].

¹ Все даты до 31.1.1918 приводятся по старому стилю.

Рис. 1. "...В свободном пространстве наблюдаемое тело не давит на опору и обратно... Там нет ни верха, ни низа..." (фрагмент автографа статьи "Свободное пространство" публикуется впервые)

Рис. 2. "По окружающим телам... может только заметить обитатель космоса о своем собственном движении... (фрагмент автографа статьи "Свободное пространство" публикуется впервые)

Примечательно, что обсуждение этих вопросов на страницах "Свободного пространства" не носило отвлеченного характера. Их разбор явно связывался с будущим пребыванием человека в космосе и организацией там производственной деятельности, поскольку, работая над этим сочинением, Циолковский был уверен в том, что рано или поздно ему удастся доказать возможность выхода людей за пределы планеты. Свидетельством тому служит фраза из "Свободного пространства": "Я скажу немного о сохранении газов и жидкостей в свободном пространстве, потому что без этих видов материи там невозможна органическая жизнь, подобная земной, невозможно, значит, и существование самого человека в свободном пространстве, достижение которого для человека, я докажу в своем месте, не абсолютно невозможно" (подчеркнуто мной. — Т.Ж.) [4, л. 28]. И в заключительном абзаце "Свободного пространства" содержится обещание показать, "что свободное пространство не так бесконечно далеко и достижимо для человека" [4, л. 71 об.].

Откладывая в "Свободном пространстве" разговор о способе достижения человеком космоса на будущее, Циолковский сосредоточился здесь на том, чтобы дать представление о техническом средстве, которое позволит человеку жить и работать в уже достигнутом космическом пространстве. Ученый привел описание такого технического средства, из которого следует, что он предъявлял к конструкции космического аппарата по крайней мере три обязательных требования: во-первых, он должен двигаться и быть управляемым, во-вторых, его движение должно быть "сопряжено в свободном пространстве с непрерывной потерей вещества (опоры)" [4, л. 17], в-третьих, он должен обеспечить существование человека в космической среде и его деятельность по использованию этой среды для своих нужд [4, л. 39]. Иными словами, в 1883 г. Циолковский обосновал идею машины, которая сочетала бы в себе функции и неземного транспорта, и искусственной планеты. Тем самым была сформулирована идея космической обитаемой станции, в которой можно было перемещаться в космосе, хоть "к любой звезде" [4, л. 56 об.], и даны ее первые, приближенные очертания. Судя по описанию, она должна была быть выполнена в виде железного или стального шара с отверстиями, герметически закрытыми "толстыми прозрачными стеклами", способного "выдержать давление заключенного в нем воздуха" [4, л. 55, 55 об.]. Циолковский лишь в общих чертах описал в "Свободном пространстве" устройство космической станции. Но глава "Условия роста и размножения растений", включенная в рассматриваемое сочинение, позволяет думать, что уже в 1883 г. он предполагал включать растения в систему жизнеобеспечения космической станции. Можно допустить также, что если бы Циолковский в "Свободном пространстве" задался целью более подробно описать ее устройство, он указал бы и на возможность создания на ней искусственной тяжести. Во всяком случае, сама по себе эта идея была впервые высказана им именно в данном сочинении. Он писал: "Мы видели, что газы и жидкости, не говоря уже о твердых телах, могут сохраняться при известных условиях в свободном пространстве без изменения самого состояния. Мало того, впоследствии я докажу, что создание относительной тяжести произвольного напряжения в свободном пространстве нисколько не трудно и не стоит никаких издержек. Это я говорю на тот случай, если бы тяжесть оказалась необходимой принадлежностью растительного процесса" [4, л. 63].

Рис. 3. До действия пружины и вместе с шаром имел поступательную скорость в 10 м. От действия пружины я приобрел обратную скорость в 10 м. Если к начальной скорости придать приобретенную, то получим нуль... Итак, я остановился перед огнем (фрагмент автографа статьи "Свободное пространство"; публикуется впервые)

Рис. 4. "Если опорных тел несколько, то и путешествующее тело может несколько раз изменить свое движение" (фрагмент автографа статьи "Свободное пространство"; публикуется впервые)

Десять лет спустя Циолковский приступил к систематическим изысканиям в области космонавтики. В сочинении "Грезы о Земле и небе и эффекты всемирного тяготения", написанном в 1893 г.² и опубликованном в 1895 г. [6], он нарисовал яркую картину преобразования разумными существами космического пространства и находящихся в нем тел. Ученый все еще не располагал данными, которые убедили бы читателей в том, что землянам в будущем также придется обживать космос; до его великого открытия — открытия возможности осуществления космического полета с помощью ракеты (1896 г.) — оставалось три года. Поэтому в "Грезах..." космос осваивали не люди, а представители других цивилизаций, и вопрос о конкретном техническом средстве, позволившем им преодолевать силу тяготения планет, не получил ответа. Но основное содержание этой деятельности и ее цели Циолковский сформулировал в данном произведении уже достаточно четко, причем характерно, что ведущей идеей в концепции освоения космоса была идея его индустриализации. В "Грезах ..." ученый наметил конкретные этапы и ряд направлений освоения планетной системы, реализация которых неизбежно предполагала проведение производственных операций. А именно: процесс расселения жителей планет по пространству планетной системы он представил в виде двух этапов: 1) создание жилых и производственных комплексов на околопланетных орбитах; 2) создание таких же комплексов на околозвездных орбитах. Эти комплексы примыкают друг к другу, образуя гигантские сооружения в виде колец, окружающих планету и звезду. Строительным материалом для этих сооружений, по мысли Циолковского, должно служить вещество астероидов и спутников планет. Энергия, необходимая для всех операций по созданию и эксплуатации искусственных колец — космических поселений, могла быть получена в результате преобразования солнечной энергии. Эти идеи ученый изложил так: «Многомиллионное население планеты живет на ней только частью, большинство же в погоне за светом и местом образует вокруг нее — вместе со своими машинами, аппаратами и строениями — движущийся рой, имеющий форму кольца — вроде кольца Сатурна, только сравнительно больше. Живое кольцо это расположено в плоскости, перпендикулярной к направлению лучей солнечного света, и потому оно никогда не лишается его живительной силы; по мере же обращения планеты кругом Солнца движение кольца искусственно изменяется и "лицо" его продолжает глядеть на светило; скорости элементов кольца так ничтожны, что перемену направления его плоскости можно устраивать не только раз в год, но и 100 раз в день. Диаметр кольца раз в 10 больше диаметра планеты и потому жители первого получают в 100 раз больше солнечной энергии, чем жители собственно планеты... Небольшой астероид разлагался его обитателями в кольцо так, что от планеты ничего не оставалось и слабая тяжесть ее еще в 100 раз умалялась. Прямой интерес жителей — превратить свою планету в диск, который захватывал сравнительно громадное количество солнечных лучей, давая обитателям жизнь и силу. Кольцо это, или диск, рассеиваясь в пространстве, обращается в "ожерель", в цепь селений без почвы, вертящихся вокруг Солнца, как обод колеса вокруг его втулки. Огромное число даже не маленьких астероидов превратилось в такие обручи или "ожерелья". В Солнечной системе они как тонкие нити тянутся вокруг светила... Эти нити отчасти управляют своим движением, расступаясь и изменяя свою скорость..." [6, с. 79-80; 106-107]. Рассматривая возможность использования вещества спутников планеты в качестве материала для постройки космических поселений, Циолковский отметил также: "Превращение спутника в кольцо совершено энергиею солнечных моторов" [6, с. 116].

²О написании "Грез..." летом 1893 г. К.Э. Циолковский сообщил в письме С.В. Щербакову [5].

Рис. 5. Титульный лист книги "Грезы о Земле и небе и эффекты всемирного тяготения" с автографом Н. Армстронга: "Музею Циолковского. Великой честью было для меня участие в осуществлении мечты о посадке в Море Спокойствия"

В "Грезах" ... "ученый не только описал в общих чертах гигантские космические объекты — жилые и производственные комплексы, обеспечивающие разумным существам распространение в пределах своей планетной системы, он развил здесь и идею основного звена таких комплексов — обитаемой космической станции, прямо указав на возможность создания на ней замкнутого экологического цикла, важным элементом которого являются растения. "Представим себе...", — писал он, — "больших размеров стальной шар с непрерывным рядом отверстий, закрытых герметически чистыми и прозрачными стеклянными плитками. Поместите туда немного почвы, растений, кислорода, углекислоты, азота, влаги — и все условия существования животных будут соблюдены" [6, с. 56]. Чтобы условия на станции были максимально приближены к земным, ученый уже предусмотрел возможность создания на ней искусственной тяжести [9, с. 92].

Циолковский подробно рассмотрел здесь способы терморегулирования на космических станциях, предложив для их реализации несколько конкретных установок типа однослойных и многослойных экранов с соответствующими покрытиями, обладающими необходимыми значениями коэффициента поглощения солнечной энергии и коэффициента собственного излучения, а также гелиоустановок типа зеркальных вогнутых рефлекторов, обеспечивающих концентрацию солнечной энергии [6, с. 117-118]. Примечательно, что данные установки ученый предполагал использовать не только для создания нормальных условий жизнедеятельности обитателей станции, но и для осуществления ряда технологических процессов — плавки стекла, разложения на составные элементы химически сложных веществ, получения новых состояний веществ (например, твердого из газообразного), преобразования солнечной энергии в другие виды энергии [6, с. 119]. Особо следует подчеркнуть, что мысль о возможности максимально полного использования солнечной энергии в ходе космической экспансии проходила красной нитью через описание процесса освоения космоса разумными существами. Эта идея служила Циолковскому одним из важных доводов в пользу выхода за пределы планеты. Стремясь как можно глубже внедрить ее в сознание своих читателей, он писал: "... какие богатства источает ежесекундно наше светило, но мы не умеем ими пользоваться и они идут мимо наших рук" [6, с. 125].

Таким образом, в 1893 г. Циолковский сделал важный шаг в постановке проблем промышленного освоения космоса. Рассматривая же в сумме идеи, выдвинутые им в этой области в работах "Свободное пространство" и "Грезы о Земле и небе и эффекты всемирного тяготения", можно считать, что в 1893 г. основные контуры модели промышленного освоения космоса ученым уже были намечены. Именно: он уже осознал и высказал идею вовлечения внеземной природы в процесс производства; рассмотрев специфические особенности протекания в невесомости различных физических процессов, научно обосновал возможность производственной деятельности в космосе; выявил преимущества космической среды с точки зрения развития индустрии (например, возможность создания крупногабаритных космических объектов, максимально полное использование солнечной энергии и др.). Циолковский определил основные направления промышленного освоения космоса.

1. Сооружение и эксплуатация жилых и промышленных комплексов.

2. Вовлечение в процесс производства внеземных ресурсов: а) энергии солнечного излучения (при этом были намечены пути использования солнечной энергии: прямое использование с помощью концентраторов излучения Солнца и преобразование ее в другие виды энергии); б) вещества астероидов и спутников планет.

3. Вовлечение в процесс производства специфических условий космоса, прежде всего невесомости и вакуума.

4. Получение в условиях космоса с помощью специальных технологических установок сверхвысоких и сверхнизких температур. В дальнейшем Циолковскому предстояло углублять и детализировать содержание намеченной модели индустриализации космического пространства и находящихся в нем тел, но ее основные элементы, повторяем, уже были в 1893 г. продуманы и изложены.

Значительное дополнение к уже рассмотренным вопросам индустриализации космоса было сделано Циолковским в период с 1902 по 1910 г., когда он работал над второй статьей "Исследование мировых пространств реактивными приборами", опубликованной в 1911-1912 гг. [2]³, и в январе-апреле 1917 г., когда писал главы 11-58 сочинения "Вне Земли", опубликованного в 1918 г. [7]³. В статье "Исследование..." ученый высказал предложение о создании еще одного типа космических сооружений (наряду с жилыми и производственными) — оранжерей, выносимых в космос в "упакованном виде" [2, с. 198] и там собираемых из отдельных элементов в единые крупногабаритные конструкции. Тем самым была выдвинута идея монтажа и сборки при создании сооружений вне Земли.

³ Обоснование датировки работы К.Э. Циолковского над второй статьей "Исследование мировых пространств реактивными приборами" мы приводим в статье [8]. О написании ученым глав 11-58 сочинения "Вне Земли" в январе-апреле 1917 г. известно из его переписки с Я.И. Перельманом [9]. Первые же 10 глав этого сочинения были написаны им в 1896 г. [10].

Кроме того, при подготовке к написанию этой статьи Циолковский поставил еще один вопрос из области развития космической индустрии, который, к сожалению, по неизвестным пока причинам не получил четкого оформления в самой статье. Это вопрос об индустриализации Луны. В работе "Исследование..." ученый писал только о возможности полетов к Луне и осуществления мягкой посадки на ее поверхность (в том числе и с орбиты искусственного спутника Луны) [2, с. 192]. Судя же по одному из планов главы "Мечты" этой работы, он имел намерение конкретно сформулировать цели лунных экспедиций. Так, в плане читаем: "Полет на Луну. База на Луне. Там легче основаться, чем в безвоздушном пространстве кругом Земли. Кольца вокруг Луны — вторая база" [3, л. 102]. Хотя в процитированном отрывке нет прямых упоминаний о космическом производстве, ясно, что оно подразумевалось. Ведь создание и эксплуатация постоянно действующих баз вне Земли немыслимы без проведения производственных операций.

В сочинении "Вне Земли" Циолковский существенно развил некоторые из выдвигавшихся ранее предложений об использовании внеземного сырья и проведении в космосе технологических операций. Так, коснувшись возможностей использования внеземных ресурсов, он рекомендовал применять в качестве строительного материала и сырья для космических заводов вещество болидов [7, с. 66, 73]. Он не ограничился также повторением своей идеи монтажно-строительных работ в космическом пространстве, но дал яркое, наполненное конкретными деталями описание процесса сборки и сварки крупногабаритных космических конструкций. В описании был намечен порядок выполнения этих работ: распаковка элементов конструкции, их выведение из ракеты через шлюзовую камеру, предварительное закрепление на внешней поверхности ракеты крупных частей, с тем чтобы избежать их произвольного движения в открытом космосе (мелкие части должны были размещаться в специальном контейнере, выдвинутом из ракеты), негерметичное соединение элементов конструкции ч, наконец, их сварка.

При описании названных операций Циолковский обратил особое внимание на преимущества их проведения в условиях космоса. Ученый писал: "Распаковали запасные части, состоящие главным образом из цилиндрических тонких плиток особого, крепкого и упругого стекла со вплавленной внутрь его квадратной проволочной сеткой. Были сферические части, были совсем готовые металлические приспособления и чисто металлические очень тонкие листы. Все материалы понемногу проталкивались в особую камеру, из нее выкачивали воздух, а затем отворяли люк наружу и выталкивали их в эфирное пространство. Крупные детали просто привязывались к ракете, более мелкие помещались в особой проволочной сферической клетке, которая выдвинута была заранее из ракеты... Клетка, конечно, была привязана к ракете и имела затворяющееся отверстие. Заранее нумерованные элементы в несколько часов были прилажены друг к другу ... Работа была очень легкая: как бы ни была массивна часть, для передвижения ее не требовалось ни малейшего усилия, едва-едва соединенные детали не расходились, не падали, не уклонялись и не гнулись от тяжести, как бы громадны, тонки и слабы не были... Занялись сваркой... И это было крайне легко. Мастера без усилий окружали оранжерею со всех сторон и все свои положения находили одинаково удобными: по отношению к своей постройке они были и параллельны, и перпендикулярны, и наклонны. Они облепляли ее, как мухи. Но сваривание требовало определенного положения оранжереи относительно Солнца, так как сваривание производилось в фокусе параболических зеркал. Работа очень напоминала автогенную сварку на Земле, но шла она легко и безукоризненно, так как не было кислорода, сгорания, неудобных, неестественных поз, температура была выше и постоянной" [7, с. 56].

Циолковский подчеркнул здесь и выгоды работы в условиях вакуума: "Это не то, что в воздухе: окислением металлов и орудий он портит всякие труды" [7, с. 50]. И выгоды работы в условиях невесомости: "Благодаря параболическим зеркалам мы можем получать температуру до 5000°, отсутствие же тяжести дает возможность строить зеркала почти неограниченных размеров и, следовательно, получать очаги любой площади" [7, с. 52]. Указал ученый и на другие преимущества внеземной среды: "Высокая температура и неослабленная атмосферой химическая и тепловая энергия лучей Солнца позволят тут производить всевозможные заводские работы" [7, с. 52]. Во "Вне Земли" Циолковский расширил перечень производственных процессов, выполнение которых возможно и эффективно в условиях космоса, включив в него сварку, выделение металлов из руд, ковку, литье, прокатку [7, с. 52].

Рис. 6. К.Э. Циолковский в 1921 г. Снимок публикуется впервые

Разработку модели промышленного освоения космоса Циолковский продолжил в 1919-1929 гг. Это был качественно новый этап в истории изучения ученым проблем индустриализации внеземной среды. Иго характерными чертами явились: стремление по возможности исчерпывающе обосновать значение, целесообразность, закономерность и неизбежность промышленного освоения космоса; интенсивность исследований в этом направлении; необычайно широкий спектр обсуждавшихся вопросов. Все это позволило существенно конкретизировать и развить высказывавшиеся ранее положения и убедительно показать, что выход в космос будет естественным шагом человечества на пути овладения окружающим миром и что превращение космической среды в новую среду обитания не может не сопровождаться ее индустриализацией, причем масштабы последней должны все более и более расширяться. Эта мысль последовательно проводилась Циолковским в целом ряде работ, написанных в рассматриваемый период [11 — 18], но наиболее яркое и точное оформление она получила в сочинении "Исследование мировых пространств реактивными приборами", опубликованном в 1926 г.: "Для перехода на сушу нужны были мускулы, а для перехода из воздуха в пустоту — развитие промышленности..." [16, с. 89] .И: "В эфире, в царстве непрерывного света и шестистороннего простора индустрия и эволюция разумных существ... должны достигнуть неслыханных успехов" [16, с. 90].

В отмеченных произведениях и подготовительных материалах к ним