Как уже отмечалось, интерес человечества к полетам в космос ведет свой отсчет из древности, скажем, от мифа об Икаре, и был подогрет писателями фантастами. Так, например, французский писатель Савиньен де Сирано, известный под именем Сирано де Бержерак, еще в 1649 году в романе «Путешествие на Луну» описал многоэтажное устройство, на котором солдаты разместили по шесть ракет на каждом этаже. При помощи этих ракет это устройство с Сирано на борту якобы поднималось на огромную высоту. В сочинении Жюль Верна «Путешествие на Луну» управление полетом ядра предлагалось осуществлять с помощью ракет. В 1806 году французский пиротехник Рюжьери запустил вертикально ракету с бараном и затем спустил ее на парашюте. Подобного рода примеры можно приводить и дальше, и все они характеризуют то обстоятельство, что идеи ракетного полета и полета в космос к началу XX в. уже не были новыми.
К.Э. Циолковский понимал, что для осуществления космического полета необходимо, чтобы калорийность топлива была предельно высокой. Но наибольшая она была у жидких компонентов, а поскольку их тоже можно применять на ракете, то следует их и подавать в ее камеру. Так, синтезируя чужие идеи и добавив к ним лишь идею двухкомпонентного жидкого топлива, К.Э. Циолковский пришел к идее жидкостной космической ракеты.
«Представим себе, – писал он, такой снаряд: металлическая продолговатая камера» …, которая «имеет большой запас веществ, которые при своем смешении тотчас же образуют взрывчатую массу. Вещества эти, правильно и довольно равномерно взрываясь в определенном для того месте, текут в виде горячих газов по расширяющимся к концу трубам (рис. 11), вроде рупора или духового музыкального инструмента» [с. 73].
Ракета эта должна быть пилотируемой, поэтому у нее был отсек для экипажа, снабженный светом, кислородом, поглотителями углекислоты, миазмов и других «животных выделений».
Как и каждый изобретатель, он попытался сформулировать преимущества своего детища перед другими аналогичными средствами, и прежде всего с теми, которые существовали реально: большая пушка (а дирижабль нельзя было брать в расчет). Впрочем, сам автор понимал, что пушка тоже непригодна для космических полетов, поскольку в ядре, выпущенным ею, развиваются чрезмерные перегрузки, а обратное его возвращение на Землю более чем сомнительно [с. 72-73], не говоря уже о проблемах, связанных с сопротивлением атмосферы.
Итак, в разделе о преимуществах ракеты он писал:
«а) аппарат наш сравнительно с гигантской пушкой легко осуществим;»
Это было, как мы сейчас понимаем, большим заблуждением – это дело оказалось трудным и наукоемким. Как это ни парадоксально, именно это заблуждение стимулировало практические работы по жидкостной ракете Р. Годдарда (США), Г. Оберта (Германия), Ф.А. Цандера (СССР), Е. Зенгера (Австрия) и многих других пионеров ракетной техники.
«б) давление (тяга – Г.С.) взрывчатых веществ, будучи довольно равномерным, вызывает равномерно ускоряющееся движение ракеты, которое развивает относительную тяжесть (перегрузку – Г.С).
Здесь он не ошибается, поскольку при постоянной тяге из-за уменьшения с течением времени массы ракеты, ее ускорение будет переменным.
Далее: «…величиною этой временной тяжести (перегрузкой – Г.С.) мы можем управлять по желанию, т.е. регулируя силу взрыва (тяги – Г.С), мы в состоянии сделать ее, произвольно мало или много превышающей обыкновенную земную тяжесть».
Здесь К.Э. Циолковский полностью прав, поскольку возможность регулирования уровня перегрузок является определяющим достоинством жидкостных ракет в аспекте их использования для пилотируемых полетов.
«Если предположим для простоты, что сила взрыва (тяга – Г.С.) уменьшается пропорционально массе снаряда, сложенной с массой оставшихся не взорванными взрывчатых веществ, то ускорение снаряда, а следовательно, и величина относительной тяжести (перегрузка – Г.С.) будут постоянными».
Совершенно очевидно, что он для этого своего вывода использовал формулу из школьного учебника физики: F = mа, т.е. a = const, если F/m = const
Кроме отмеченных, К.Э. Циолковский указывает еще на одно достоинство ракеты: возможность регулировать скорость полета в широких пределах, что обеспечивает безопасный спуск и посадку ее на планету, а также уменьшение потерь на преодоление сопротивления планеты и ограничение величины аэродинамического нагрева.
Он правильно считал, что полет в атмосфере должен проходить с малой скоростью, которая может увеличиваться с разряжением воздуха.
Большое внимание он уделил вопросам, связанным с решением основных конструктивных проблем ракеты. Первый из них касался проблем управления движением центра масс и движением относительно центра масс. Этот вопрос К.Э. Циолковским был отчасти осмыслен еще в работе «Свободное пространство». Понимая теперь специфику космоса, он довольно четко формулирует сначала способы управления вектором тяги ракеты.
В атмосфере Земли (да и других планет) он считал целесообразным управлять полетом рулем, «подобным птичьему» [с. 74]. Из проекта его аэроплана следует, что под этим термином он понимал аэродинамические рули высоты и направления, которые применялись в авиации.