콘스탄틴 치올콥스키(Konstantin Tsiolkovsky): 우주를 설계한 청각 장애인 교사

1903년 5월, 러시아 칼루가의 한 지방 수학 교사는 지구가 궤도에 진입하려면 초속 약 8,000미터에 도달해야 하며, 이를 위한 연료로 액체 산소와 액체 수소를 제안하는 논문을 발표했습니다. 라이트 형제가 비행하기 전의 일이었습니다. 이 계산을 수행한 인물은 어린 시절부터 거의 완전히 청각을 잃었고, 14세에 학교를 그만두었으며, 평생 대학 직위를 가진 적이 없었습니다.

소리와 단절된 소년

그는 1857년 9월 17일 현재의 랴잔 주에 있는 이젭스코예에서 아주 대가족의 일원으로 태어났는데, 기록에 따르면 18명의 자녀 중 하나였습니다. 그의 아버지 마카리 에드워드 에라즘 치올콥스키(Makary Edward Erazm Ciołkowski)는 러시아로 이주한 폴란드계 로마 가톨릭교도 삼림 관리인이었고, 어머니 마리아 이바노브나 유마셰바(Maria Ivanovna Yumasheva)는 볼가 타타르족과 러시아계 혈통이 섞인 러시아 정교회 신자였습니다.

9~10세 무렵 성홍열로 청력을 잃었습니다. 이는 그의 학업도 앗아갔습니다. 청각 장애로 일반 초등학교 수업을 들을 수 없었고, 13세에 어머니가 돌아가시면서 그를 보완해줄 수 있는 사람마저 사라졌습니다. 그는 14세에 정규 교육을 중단하고 대신 책을 읽으며 수학과 물리학을 독학했습니다. 10대 시절부터 그는 이미 인간이 지구를 떠날 수 있을지에 대한 질문을 마음속으로 고민하고 있었습니다.

모스크바 도서관에서의 3년

1873년에서 1876년 사이에 그는 모스크바에 머물며 도서관에서 사실상 생활했습니다. 그곳의 사서 중 한 명은 러시아 우주주의의 기묘하고 당당한 예언자인 니콜라이 표도로프(Nikolai Fyodorov)였으며, 그의 추종자들은 인류의 운명이 죽음을 정복하고 우주를 차지하는 것이라고 믿었습니다. 치올콥스키는 이 아이디어를 완전히 흡수했고 결코 놓지 않았습니다. 그는 우주 식민지화가 “불멸과 걱정 없는 존재를 가진 인류 종의 완벽함”을 가져올 것이라고 믿게 되었습니다. 쥘 베른이 이미지를 제공하고, 표도로프가 형이상학을 제공했으며, 젊은 청각 장애인은 방정식을 제공했습니다.

19세 때 아버지는 그의 장래를 걱정하여 그를 고향으로 데려왔습니다. 그는 교사 자격 시험을 통과하고 1879년에 수학 교사가 되었습니다. 그는 보롭스크로 발령받아 그곳에서 바르바라 소콜로바(Varvara Sokolova)와 결혼했고, 1892년 학문적 중심지로부터 상당히 떨어진 작은 마을인 칼루가로 이사했습니다. 그는 여생을 그곳에서 보냈으며 자신의 이름을 남기게 한 연구를 수행했습니다.

아파트 풍동

실험실을 가질 수 없었던 그는 자신의 아파트에 실험실을 만들었습니다. 1897년 그는 러시아 최초의 개방형 시험 구간을 갖춘 풍동으로 간주되는 시설을 건설하고 이를 사용하기 위한 실험적 방법을 고안했습니다. 1900년까지 과학 아카데미의 보조금을 받아 구체, 평판, 원통, 원뿔 및 기타 모양의 항력을 체계적으로 측정했습니다. 러시아 공기역학의 아버지라고 불리는 니콜라이 주콥스키(Nikolay Zhukovsky)가 이 연구의 영향을 받았습니다.

1892년부터 그는 공기보다 가벼운 비행선을 설계해 왔으며, 최초의 전금속 비행선을 제안했고 같은 해 조종 가능한 금속 기구(A Controllable Metallic Balloon)에서 금속 외피 비행선에 대한 과학적 근거를 발표했습니다. 그는 모형을 만들었습니다. 군 항공 부대에 지원을 요청했지만 거절당했고, 러시아 물리화학회도 자금 지원을 거부했습니다. 그는 자신의 돈으로 연구 비용을 충당했습니다. 1894년 “비행기 또는 새 같은 비행 기계”에 관한 그의 논문은 실제 항공기에 15~18년 동안 나타나지 않을 특징들을 갖춘 단엽기를 설명했습니다. 러시아의 과학계는 그에게 자신의 쓰라린 요약에 따르면 돈도 도덕적 지지도 제공하지 않았습니다.

방정식

그는 1896년 로켓 운동 역학을 연구하기 시작했고 핵심 도출 날짜를 1897년 5월 10일로 기록했습니다. 그가 항공의 공식이라고 불렀던 것은 현재 어디에서나 치올콥스키 로켓 방정식으로 알려져 있습니다. 이 방정식은 로켓 속도 변화, 배기 가스 분출 속도, 초기 질량과 최종 질량의 비율 사이의 관계를 고정합니다. 이것이 바로 우주 비행이 어려운 이유입니다. 사실상 더 빨리 가려면 엄청난 지수적 비율로 추진제가 소모된다는 것을 의미하며, 오늘날에도 모든 발사체 설계의 기준이 됩니다.

이 방정식은 1903년 5월 로켓 장치를 이용한 외우주 탐사(Exploration of Outer Space by Means of Rocket Devices)에서 출판되었습니다. 그 논문은 우주 비행 이론의 기초 문서입니다. 그는 이미 1895년에 새로 건설된 에펠탑을 보고 궤도까지 닿는 구조물을 상상했는데, 이것이 우주 엘리베이터의 최초 구상이었습니다. 그는 평생 400편 이상의 작품을 남겼고 그중 90여 편은 우주 여행에 관한 출판물로, 조향 추력기, 에어록, 우주 정거장, 거주자를 살리기 위한 폐쇄 회로 생물학 시스템을 갖춘 로켓을 스케치했습니다. 1929년 우주 로켓 열차(Space Rocket Trains)에서 그는 실제로 인간을 지구 밖으로 데려다준 다단계 로켓에 대한 근거를 제시했습니다.

1911년 서신에서 인용된 그의 가장 유명한 문장은 전체 우주 시대를 관통하는 문장입니다. “지구는 인류의 요람이지만, 요람 안에서 영원히 살 수는 없다.”

상실

그 세기는 그에게 가혹했습니다. 그의 아들 이그나티(Ignaty)는 1902년에 스스로 목숨을 끊었습니다. 1908년 홍수로 모아두었던 논문들이 파괴되었습니다. 그의 딸 류보프(Lyubov)는 1911년 혁명 활동으로 체포되었습니다. 전쟁이 발발하자 그는 한동안 항공학을 접어두고 빈곤에 관한 글을 썼습니다. 10월 혁명 후 체카는 그를 루뱐카에 잠시 구금했습니다. 이후 소비에트 국가는 그를 자산으로 판단했습니다. 그는 사회주의 아카데미 회원으로 선출되었고, 1920년 63세의 나이로 교직에서 은퇴했으며, 1921년 평생 연금을 받게 되었습니다. 1920년대 중반부터 재정은 안정되었고, 대중화가인 야코프 페렐만(Yakov Perelman)과 니콜라이 리닌(Nikolai Rynin)은 그를 국가적 인물로 만들었습니다.

콘스탄틴이 천재라 불리는 이유

이 주장은 매우 정밀한 근거를 바탕으로 하며, 모호한 버전은 가치가 없기에 좁게 정의할 필요가 있습니다. 치올콥스키는 로켓 기반 우주 비행의 정확한 물리학(질량비 방정식, 궤도 속도 수치, 액체 추진제의 필요성, 다단계의 필요성)을 하드웨어가 존재하기도 수십 년 전, 단 한 마디도 테스트할 수 없는 상황에서 고립된 채 기본 원리로부터 유도해냈습니다. 그는 청각 장애를 앓고, 독학했으며, 어떤 기관의 지원도 받지 못한 채 고용주가 선택한 지방 마을에 살면서 이 일을 해냈습니다. 그의 1894년 단엽기와 1895년 우주 엘리베이터는 물리 법칙에서 아직 누구도 필요로 하지 않았던 기계로 논리적으로 나아가는 동일한 능력을 보여줍니다.

반론 또한 실재하며 무시되어서는 안 됩니다. 그는 비행하는 어떤 것도 만들지 않았습니다. 미국의 로버트 고다드(Robert Goddard)와 독일의 헤르만 오베르트(Hermann Oberth)는 독립적으로 유사한 결론에 도달했고, 특히 고다드의 경우 실제로 액체 연료 로켓을 발사했습니다. 치올콥스키의 연구 결과 상당수는 과학보다는 철학적이었으며, 우주 의지(The Will of the Universe, 1928)의 범심론이나 인류가 은하수를 식민지화할 것이라는 확신 등은 물리학보다는 신비주의 전통에 속합니다. 일부는 단순히 기괴합니다. 회의론을 견뎌내는 것은 그가 옳았고, 그 이전에는 누구도 해내지 못한 수학입니다. 그의 주장은 겸손했습니다. “나는 평생 내 연구를 통해 인류가 적어도 조금은 더 발전하기를 꿈꿨습니다.”

그 이후

그는 1935년 9월 19일 칼루가에서 78세의 나이로 위암 수술 후 사망했으며, 자신의 논문을 소비에트 국가에 남겼습니다. 스푸트니크, 보스토크, 소련의 달 탐사 계획을 세울 엔지니어였던 세르게이 코롤료프(Sergei Korolev)와 발렌틴 글루슈코(Valentin Glushko)는 젊은 시절 그를 읽었고 그의 설계를 현실로 만들기 위해 착수했습니다. 베르너 폰 브라운(Wernher von Braun)은 그의 논문 독일어 번역본을 정독하며 방대한 주석을 달았습니다.

칼루가에는 현재 그의 이름을 딴 국립 우주 역사 박물관이 있습니다. 달의 한 분화구는 그의 이름을 따왔으며, 아무르 주의 한 마을은 치올콥스키로 개명되었습니다. 그는 1976년 국제 우주 명예의 전당과 1989년 국제 항공 우주 명예의 전당에 헌액되었습니다.