La vita di Konstantin Tsiolkovsky, la sua giovinezza e la prima opera importante: “lo spazio libero”
Konstantin Tsiolkovsky (17 settembre 1857 - 19 settembre 1935) teorizzò molti aspetti del volo spaziale e della propulsione missilistica e tuttora viene considerato il padre del volo spaziale umano e il primo uomo a concepire l’ascensore spaziale, ossia un sistema in grado di trasportare uomini e cose dalla Terra allo spazio senza utilizzare una propulsione a razzo.
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Il suo lavoro più famoso fu “L’esplorazione dello Spazio cosmico per mezzo di motori a reazione” che pubblicò nel 1903 ed è stato sicuramente il primo trattato accademico sulla missilistica. Il suo lavoro influenzò gli scienziati missilistici di tutta Europa e fu anche studiato dagli statunitensi nei decenni tra il 1950 e il 1960 mentre tentavano di comprendere i primi successi dell’Unione Sovietica nel volo spaziale.
Nella sua autobiografia, Konstantin sottolinea che le sue aspirazioni erano la tecnologia, la scienza, l’invenzione e la filosofia naturale.
“In un primo momento era tutto nel campo dei sogni, e quindi la mia innovazione è stata di strisciare fuori ed è stata la ragione per cui fui respinto dagli scienziati. Io ero un riformatore, e come tale non ero riconosciuto ... La mia biografia è necessariamente fatta di piccole cose e di lavoro.”
La vita di Tsiolkovsky è stata un chiaro esempio di sofferenza e di passione in quanto faceva parte di quella categoria di “scienziati pionieri” che, pur di perseguire i propri obiettivi, si erano fatti emarginare dalla società scientifica del tempo, riuscendo ugualmente a cambiare il mondo.
La giovinezza
I genitori di Konstantin, appartenenti alla nobiltà polacca e deportati in Siberia, disprezzavano i bei vestiti ed avevano rispetto per la pulizia e la modestia. In inverno indossavano dei cappotti di pecora a buon mercato e in estate e in casa indossavano delle camicie. Politicamente avevano un atteggiamento ostile nei confronti del governo russo, erano dei patrioti polacchi.
Entrambi i genitori erano inclini al cosmopolitismo: vedevano l’uomo, non stati, governi oppure fedi. Il personaggio di suo padre era vicino al colerico. Era sempre freddo, riservato. Era una persona intelligente e un buon oratore.
Konstantin nacque il 5 settembre 1857 e fino all’età di 10 anni la sua vita è simile a quella di tutti gli altri bambini.
A 10 anni, in seguito ad un raffreddore ebbe la scarlattina. Guarì ma rimase sordo che condizionò tutta la sua vita.
Nella sua autobiografia dichiara che
“Le conseguenze della malattia erano la mancanza di suoni chiari, sensazioni, disaccoppiamento con le persone”
Più tardi Tsiolkovsky definì questo periodo come “il più triste, il tempo più buio della mia vita.”
A causa della sordità, il rendimento scolastico non fu mai brillante. Lo studio e il gioco con gli altri bambini erano compromessi. Il rapporto con i suoi coetanei era molto difficile a tal punto da costringerlo a rifugiarsi nella biblioteca del padre in cui vi erano molti libri di scienze naturali e di matematica.
In questo periodo Kostya iniziò a mostrare interesse per i lavori manuali. “Mi piace fare dei cavalli burattino, case, slitte, orologi con i pesi e così via. E’ fatto tutto di carta e cartone e incollato con la cera”- scriverà più tardi.
“Ho fatto un sacco di diversi tipi di mulini a vento. Poi una carrozza con un mulino a vento, che è andato contro il vento in tutte le direzioni.”
A 14 anni iniziò a leggere i libri di suo padre, insegnante di scienze, relativi alle scienze naturali e matematiche. Rimase affascinato dall’astrolabio, un antico strumento astronomico tramite il quale era possibile localizzare o calcolare la posizione di corpi celesti come il Sole, la Luna, i pianeti e le stelle.
“Con l’aiuto dell’astrolabio, senza uscire di casa, determino la distanza dalla torre di fuoco. Trovo 400 yards. Vado a controllare. Si scopre che è vero. Quindi credo nella conoscenza teorica. La lettura della fisica mi spinge verso altri dispositivi: la macchina che si sposta con un getto di vapore, un pallone di carta con l’idrogeno che, naturalmente, non è riuscito.”
Ma Konstantin non si arrese: continuò a lavorare sul modello di un pallone con l’idrogeno ed a pensare ad una macchina con le ali.
Il padre di Konstantin credeva sulle capacità del figlio e nel 1873 decise di iscriverlo alla Scuola di Ingegneria a Mosca.
Per ragioni sconosciute (in realtà si pensa che fosse troppo giovane per entrare in tale scuola), Konstantin non frequentò la Scuola ma decise di continuare la formazione per conto proprio. Viveva a Mosca in totale povertà, i soldi mandati dalla famiglia venivano spesi per libri, strumenti e prodotti chimici e passava intere giornate nella Biblioteca di Mosca.
In questa biblioteca, Tsiolkovsky conobbe il fondatore del pensiero cosmista Nikolaj Fëdorovič Fëdorov che sostituì i professori universitari.
Il filosofo destò un certo interesse negli ambienti scientifici per un’insolita dottrina da lui coniata, basata su un’incrollabile fiducia nel progresso delle scienze che, secondo il suo parere, non solo avrebbe rigenerato il cosmo ma sarebbe addirittura riuscito ad attuare la risurrezione dei morti, sconfiggendo la morte, la natura matrigna dentro e fuori dall’uomo come le carestie, le epidemie e i disastri naturali.
Al mattino, Konstantin studiava le scienze esatte e naturali. Di pomeriggio si dedicava alle lettere: lesse Shakespeare, Tolstoj, Turgenev e si entusiasmò degli scritti di Dmitry Pisarev, un teorico del nihilismo.
Nel periodo in cui visse a Mosca, Konstantin raggiunse un ottimo livello nella matematica, chimica, fisica e astronomia.
Dopo tre anni rientrò a Viatka, città della Russia nord-orientale che sorge lungo la transiberiana, denutrito ma con una formazione universitaria.
Iniziò a insegnare e da subito dimostrò di avere successo per i suoi metodi di insegnamento originali. Nel condurre le lezioni, Tsiolkovsky applicava dei metodi sperimentali, ad esempio faceva modelli di carta per le lezioni di geometria, conduceva numerosi esperimenti per le lezioni di fisica guadagnandosi la fama di ottimo insegnante. Il suo tempo libero lo trascorreva in un monolocale che aveva affittato per fare le lezioni oppure in biblioteca. Leggeva molto, tra cui Isaac Newton la cui visione scientifica fu adottata da Tsiolkovsky per tutta la vita.
Nel 1878, con la famiglia si trasferì a Rjazan, una città della Russia occidentale.
Dopo un forte litigio con suo padre, fu costretto ad andare a vivere da solo e a trovare altri mezzi di sostentamento.
A Rjazan era un tutore sconosciuto e, per questo motivo, aveva grosse difficoltà a trovare studenti. Per la prima volta Konstantin scoprì che per insegnare nelle scuole erano richiesti dei titoli di studio che non aveva mai conseguito ufficialmente. Per questo motivo nel 1879 sostenne l’esame come autodidatta per diventare insegnante di matematica.
Al superamento dell’esame, il Ministero della Pubblica Istruzione gli assegnò un posto di insegnante di aritmetica e geometria nella provincia di Kaluga.
In questo stesso periodo si creò una famiglia e scrisse il suo primo lavoro scientifico, “Disegni astronomici” nel 1879. Il lavoro rappresentava schematicamente il Sistema Solare e le distanze tra i pianeti.
Il suo metodo di insegnamento non era cambiato: più volte fu visto correre con i propri studenti inseguendo un enorme pallone di carta con una “gondola” ed una torcia per riscaldare l’aria.
Nel 1880, la prima opera di Tsiolkovsky fu dedicata all’applicazione della meccanica nella biologia, in questo lavoro volle sviluppare una teoria pessimistica che giustificava l’idea di non senso della vita umana. Il manoscritto non fu mai stampato.
Nel 1881 Tsiolkovsky scrisse la sua prima opera veramente scientifica “La teoria dei gas” dove sviluppava una teoria indipendente sulla cinetica dei gas. Anche se il manoscritto non è giunto a noi, esiste una discussione della società chimica russa, fondata da Mendeleev, che commenta:
“Anche se l’articolo in sé non è una novità, e le conclusioni non sono abbastanza precise, tuttavia esso rivela un autore di grande capacità, in quanto l’autore non è cresciuto nella scuola ... In considerazione di ciò, è opportuno promuovere ulteriormente l’autoeducazione dell’autore …
La Società ha deciso di chiedere il trasferimento in una città dove possa impegnarsi e ricevere aiuti scientifici“ (Dal verbale della riunione della società russa Physical and Chemical Society dal 23 ottobre 1882)
In una successiva opera Tsiolkovsky si avvicinò alla fisica dello spazio, infatti presentò alla comunità scientifica “La durata delle radiazioni del Sole” (1883), dove descrisse il meccanismo di azione delle stelle. Considerando il Sole come una sfera perfetta di gas, cercò di determinare la temperatura e la pressione al centro della stella e la sua durata. Nei suoi calcoli utilizzò solo le leggi di base della meccanica e della dinamica del gas (Boyle - Mariotte).
La maggior parte degli scienziati avevano capito che lo spazio oltre la Terra era vuoto – vari esperimenti avevano dimostrato che la pressione dell’aria diminuiva rapidamente a quote elevate. Poiché la maggior parte dei sistemi di propulsione necessitavano della presenza di un mezzo di spinta, ci si chiedeva se sarebbe stato possibile utilizzarli nel vuoto. Come si poteva spingere e guidare un veicolo nello spazio?
Nel 1883, Konstantin scrisse in forma di diario “Lo spazio libero”. Lo scritto era una sorta di esperimento mentale: l’ipotetico osservatore è nel vuoto dello spazio e non è influenzato da forze di attrazione e di resistenza.
Disegno del primo veicolo spaziale (dal manoscritto di “Lo spazio libero”, 1883)
Tsiolkovsky descrisse i sentimenti dell’osservatore, le sue possibilità di movimento e le capacità di manipolare gli oggetti. Analizzò il comportamento dei gas e dei liquidi nello “spazio libero”. Il funzionamento dei vari strumenti nello spazio e la fisiologia degli organismi viventi.
Analizzò anche il lancio della navicella nello spazio immaginato da Verne nel suo libro “Dalla Terra alla Luna”.
Effettuando degli esperimenti sulle creature viventi dimostrò che esse potevano sopravvivere fino a un’accelerazione di 60 m/s2 (circa sei volte l’accelerazione della gravità terrestre, o 6g). Lavorò anche sulla velocità di fuga dalla Terra, ossia la velocità necessaria per lanciare un oggetto dalla superficie terrestre in modo che quest’ultimo non possa essere riattratto dalla forza di gravità del pianeta. Questa velocità doveva essere circa 110,2 Km/sec. In questa analisi aveva dimostrato che l’idea di Verne non poteva essere realizzata in quanto ogni tentativo di raggiungere una tale velocità con uno scoppio quasi istantaneo avrebbe comportato uno schiacciamento mortale degli occupanti della navicella spaziale.
Il risultato principale di questo lavoro, considerato il primo principio formulato da Tsiolkovsky era:
l’unico metodo possibile di trasporto nello “spazio libero” è la propulsione a getto.
Autobiografia di Konstantin Tsiolkovsky
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Nel 1881, dalla Russia arrivò la prima proposta di una macchina volante e l’idea apparteneva al rivoluzionario Nikolaj Ivanovic Kibal’čič. La sua vita fu molto breve ma entrò nella storia in quanto apparteneva al movimento rivoluzionario in Russia e fu tra i primi a pensare ai voli missilistici.
Nikolaj Ivanovic Kibal’čič e la sua macchina volante
Un ascensore spaziale è un tipo di sistema di trasporto spaziale. Il componente principale sarebbe un cavo ancorato alla superficie e che si estende nello spazio. Il progetto consentirebbe ai veicoli di viaggiare lungo il cavo da una superficie planetaria, come quella della Terra, direttamente nello spazio o in orbita, senza l'uso di grandi razzi. Il concetto di ascensore spaziale fu pubblicato per la prima volta nel 1895 da Konstantin Tsiolkovsky in “Sogni della terra e del cielo e gli effetti della gravità universale”.
Konstantin Tsiolkovsky e l’ascensore spaziale
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