Những ý tưởng vượt thời đại
Tháng 2 năm 1892, Tsiolkovsky được bổ nhiệm giảng dạy ở một vị trí khác ở Kaluga. Và cũng tại nơi đây, ông đã sống cho đến tận những ngày cuối của đời mình, hiện nay có một tấm bia lưu niệm được dựng lên để lưu giữ lại các công trình của Tsiolkovsky, như một bằng chứng về ông – nhà tiên tri của thời đại vũ trụ.
Năm 1895, cuốn
"Grezy o Zemle i Nebe" (Những ước mơ về trái đất và bầu trời) ra đời, cuốn sách đã mô tả cuộc sống của loài người trên không gian, với sự khám phá các hành tinh và xây dựng các nhà kính trên quỹ đạo. Từ năm 1896, Tsiolkovsky bắt đầu nghiên cứu ứng dụng của lực đẩy phản lực và đến năm 1903, tác phẩm với tựa đề
"Thám hiểm khoảng không vũ trụ bằng động cơ phản lực" hoàn thành - đây được xem như là tác phẩm kinh điển của ngành du hành vũ trụ hiện đại (chiếc máy bay đầu tiên của loài người do
anh em nhà Wright phát minh cũng vào năm 1903).
Thật không ngờ, vào thời gian hơn hai thập kỷ trước khi
Robert Goddard phóng quả tên lửa bằng nhiên liệu lỏng đầu tiên trên thế giới (1926), Tsiolkovsky đã "đốt cháy" động cơ của mình trên lý thuyết bằng hỗn hợp Oxygen lỏng và Hydrogen lỏng, hỗn hợp mà ngày nay được sử dụng phổ biến làm nhiên liệu trên các tàu con thoi, tên lửa đẩy, và loại nhiên liệu này vẫn được coi là có hiệu quả nhất trong các nhiên liệu phóng của tên lửa vũ trụ. Tsiolkovsky đã khẳng định rằng chỉ có thể sử dụng tên lửa nhiều tầng và nhiên liệu được làm lạnh, hóa lỏng mới có thể đưa tàu vũ trụ thoát khỏi sức hút Trái đất.
(Bìa cuốn
Thám hiểm khoảng không bằng động cơ phản lực, 1903)
Bản thảo ấy đến được với tờ tạp chí Nauchnoe Obozrenie vào đúng một thời điểm xấu, khi mà người phụ trách nhà xuất bản vừa mới qua đời, và tờ tạp chí dường như đã đóng cửa. Chỉ có một số bản sao chép của tờ tạp chí được phân phối ra ngoài trước khi các bản in bị tịch thu. Cho đến tận những năm 1960, mọi người vẫn tin rằng, công trình này của ông vẫn chưa được tiết lộ và chưa được thực hiện ở bên ngoài nước Nga, trong khi đó, với sự giúp đỡ của của một số nhà nghiên cứu Mỹ, một bản sao của tờ Nauchnoe Obozrenie có in lại bài báo của Tsiolkovky đã bị tìm thấy tại thư viện Congress.
Cho đến khi được công bố, các công trình nghiên cứu sớm nhất của Tsiolkovsky lại trở thành vấn đề chậm bước hơn, khi đó những người ủng hộ ông ở Liên Xô và ở hải ngoại đã đứng lên đấu tranh đòi bản quyền đầu tiên cho những ý tưởng mở đầu của ngành du hành vũ trụ. Vào những năm 1920, Tsiolkovsky đã được biết về công trình của một nhà tiên phong trong lĩnh vực không gian người Đức tên là
Hermann Oberth,
H. Oberth đã khai thác các bài viết chưa được công bố của Tsiolkovsky và cho công bố vào năm 1923 có nội dung phác thảo những vật thể bay vào vũ trụ dùng động cơ tên lửa.
Tsiolkovsky rất quan tâm về ý tưởng đầu tiên của mình trong lĩnh vực này và thường gửi các công trình nghiên cứu cho các nhà khoa học hàng đầu. Tuy nhiên, hầu như chẳng bao giờ có sự trả lời. Sau này chính
H. Oberth lại là người làm cho danh tính của Tsiolkovsky được vang rộng khắp phương Tây.
(Mô hình tên lửa của Tsiolkovsky)
Các tác phẩm ra đời vào những năm sau đó,
"Con tàu vũ trụ" (1924),
"Tên lửa vũ trụ" (1927), "
Tên lửa vũ trụ nhiều tầng" (1929),
"Tốc độ tối đa của tên lửa" (1935),... ngày nay trở nên phổ biến và được chấp nhận rộng rãi như những cơ sở khoa học đầu tiên trên thế giới, để làm tài liệu sử dụng trong lĩnh vực tên lửa cho những cuộc thám hiểm không gian. Sau một thập kỷ tiếp theo, các bài viết của ông đã làm sững sờ biết bao nhà khoa học, với những nội dung thiết kế tàu vũ trụ đầy đủ và chi tiết, ông đã đưa ra các công thức toán học có liên quan đến những biến đổi của một tên lửa khi đốt cháy nhiên liệu, vận tốc khí thải, tốc độ cuối cùng của tên lửa, nay đã được xem là
phương trình Tsiolkovsky và là một trong những cơ sở khoa học trong ngành du hành vũ trụ.
(Các tác phẩm của Tsiolkovsky)
Trong suốt cuộc đời, Tsiolkovsky đã cho xuất bản trên 500 công trình về du hành vũ trụ và những vấn đề có liên quan, bao gồm cả tiểu thuyết viễn tưởng. Hầu hết công trình của ông là những thiết kế tên lửa, hệ thống tên lửa nhiều tầng, trạm vũ trụ, nút không khí cho sự tồn tại của tàu vũ trụ trong môi trường chân không, và những chu trình sinh học khép kín nhằm cung cấp thức ăn và oxi cho những thuộc địa trong không gian. Tsiolkovsky đã bổ sung cho cơ học một chương mới.
Chương trình bay của ông giáo làng
Có lẽ từ buổi đầu bay ra ngoài khoảng không vũ trụ đến tận mai sau, con người không thể quên được ông giáo làng xứ Kaluga. Vào năm 1926, Tsiolkovsky đã phác thảo một chương trình chinh phục không gian đầy táo bạo gồm 16 bước. Theo như chương trình này thì loài người văn minh có thể vượt qua khỏi hệ Mặt Trời và đến định cư trong vũ trụ. Nội dung chương trình đó như sau:
1. Thiết kế máy bay có cánh sử dụng nhiên liệu tên lửa;
2. Cải tiến tăng tốc độ bay và tầm cao máy bay;
3. Thiết kế tên lửa không có cánh;
4. Phát triển khả năng tiếp đất trên bề mặt đại dương bằng tên lửa;
5. Đạt tới vận tốc thoát và phóng vật thể đầu tiên vào không gian;
6. Kéo dài thời gian bay của tên lửa trong không gian;
7. Thực nghiệm sử dụng thực vật để tạo khí quyển nhân tạo trong tàu vũ trụ;
8. Sử dụng quần áo điều áp để làm việc ngoài không gian;
9. Tạo nhà kính cho thực vật trên quỹ đạo;
10. Xây dựng một môi trường sống rộng lớn xung quanh Trái đất;
11. Sử dụng bức xạ Mặt Trời để trồng lương thực, làm nóng các khu không gian và cho nhu cầu đi lại trên toàn hệ Mặt Trời;
12. Khai thác vành đai tiểu hành tinh;
13. Khai thác toàn bộ hệ Mặt Trời và xa hơn nữa;
14. Đạt đến sự hoàn thiện của cá nhân và xã hội;
15. Hệ Mặt Trời quá tải, tiến hành thuộc địa hóa Thiên Hà;
16. Mặt Trời tàn lụi và những người cuối cùng trên Trái đất sẽ di chuyển tới các hệ Mặt Trời khác.
(Mô hình trồng thực vật trên trạm không gian của Tsiolkovsky, 1932)
(Hình vẽ quy trình rời tàu vũ trụ để vào không gian qua nút không khí, 1932)
Công trình này được tiến hành vào ba năm sau bằng tác phẩm
"Di chuyển trong không gian với tên lửa" (tiếng Nga: Космические ракетные поезда), dự án này do Tsiolkovsky đã đề xuất ý tưởng từ trước về thiết kế các loại tên lửa nhiều tầng. Ông đã tính toán rằng, chế tạo một loại tên lửa với nhiều tầng riêng biệt, mỗi tầng sẽ lần lượt được tách khỏi thân tên lửa sau khi đã sử dụng hết nhiên liệu, thiết kế này sẽ cho phép tải trọng tên lửa được gia tốc vô hạn.
(Hình vẽ các phi hành gia nhìn các vì sao qua cửa sổ tàu vũ trụ trong trạng thái không trọng lực, 1932)
Những bản thảo của Tsiolkovsky chứa toàn những ý tưởng, mà những ý tưởng đó sau này trở thành thực tiễn chung trong ngành kỹ thuật không gian vũ trụ. Ông đã đề xuất sử dụng cánh lái grafit để điều khiển đường bay của tên lửa, sử dụng nhiên liệu có nhiệt độ thấp để làm mát buồng đốt và ống xả, và bơm đến bộ truyền động đẩy từ các bể chứa vào buồng đốt. Ông còn cân nhắc đến các nhân tố con người sẽ gặp phải vào buổi đầu trong thời đại vũ trụ, sau này những nhà du hành vũ trụ đầu tiên đã rất sửng sốt về sự mô tả cực kỳ chính xác của Tsiolkovsky về cuộc sống không trọng lượng trong khoảng không.
(Còn nữa)