Konstantin Tsiolkovsky est aujourd’hui reconnu comme le père de l’astronautique moderne. Toutefois lorsqu’on effectue une recherche sur le web francophone, on est immédiatement frappé par l’absence de contenu le concernant. Nous avons donc choisi de retranscrire ici sa biographie détaillée pour montrer son apport dans le domaine du voyage spatial et, de manière plus générale, pour développer une connaissance la plus fouillée et la plus précise possible de l’Histoire des sciences.

1. Enfance et adolescence de Konstantin Tsiolkovsky

Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky est né le 17 septembre 1857, dans une famille pauvre, à Izhevskoe (un village au sud de Moscou). Il est le cinquième enfant d’une famille de 18.

Son père, Eduard Ignatievich Tsiolkovsky, est issu d’une famille polonaise noble. Il est déporté par la Russie (qui occupe alors une partie de la Pologne) en Sibérie. Il y rencontre sa future femme, Maria Umasheva, une russe éduquée d’origine tatare. Ils rejoignent ensuite Izhevskoe où Eduard Tsiolkovsky trouve un travail de garde forestier. Une petite dizaine d’années plus tard, peu après la naissance de Konstantin, la famille est obligée de déménager et vit pendant un an dans la maison des parents de Maria Umasheva. Puis la famille s’installe pour 10 ans à Ryazan.

C’est à cette époque, un hiver, que Konstantin Tsiolkovsky attrape la scarlatine qui lui laissera des séquelles : il restera mal-entendant pour le reste de sa vie.

En 1868, la famille déménage une fois de plus, beaucoup plus au Sud. Konstantin Tsiolkovsky entre à l’école des garçons mais sa scolarité est difficile et il est exclu à l’âge de 14 ans. Dès lors, il devient autodidacte, étudiant les livres qu’il peut trouver.

A l’âge de 16 ans, les parents de Konstantin Tsiolkovsky l’envoient à Moscou où il continue d’approfondir ses connaissances dans la librairie Chertkovskaya, connue à l’époque pour sa qualité. Il étudie alors les mathématiques, la mécanique, l’astronomie, la physique et la chimie, mais aussi la littérature classique. Durant cette période, la Russie subit des changements : le servage est aboli en 1861 et de nombreux paysans migrent vers Moscou. Parallèlement, on assiste à un certain essor scientifique. En 1869, Dmitri Mendeleïev développe la table périodique des éléments.

Konstantin Tsiolkovsky rencontre Nikolai Fedorov, un philosophe excentrique, adepte de la théorie du « cosmisme ». Cette théorie pose que le progrès dans la science mènera l’humanité vers l’immortalité et qu’elle pourra même ressusciter les morts. La population augmentera alors tellement que l’humanité devra s’étendre à travers l’univers. Ce serait cela qui aurait suscité l’intérêt de Konstantin Tsiolkovsky pour le voyage dans l’espace.

A cette époque, il découvre également l’œuvre de Jules Verne et notamment De la Terre à la Lune (1865). Il écrira d’ailleurs plus tard « Je ne me souviens plus comment me sont venus mes premiers calculs concernant les fusées. Il me semble que les premières graines ont été plantées par le célèbre auteur Jules Verne. »

Mais, contrairement à la plupart de ses contemporains qui ne font que s’émerveiller à la lecture de cette œuvre, Tsiolkovsky se questionne sur la faisabilité de la chose. En 1876, à la demande de son père, il retourne auprès de sa famille, à Ryazan.

2. Débuts de Tsiolkovsky en tant qu’enseignant et premières publications

En 1879, grâce aux connaissances qu’il a acquises par les livres, il réussit à obtenir le certificat pour devenir enseignant. Cette même année, il publie son premier travail scientifique connu : Croquis astronomiques. Il décrit de manière schématique le système solaire et les distances entre les planètes. Ce premier travail reflète déjà son intérêt pour l’étude de l’espace.

Tsiolkovsky construit une centrifugeuse afin de simuler les différents niveaux de gravité et teste leur effet sur des poulets.

En 1880, il déménage à Borovsk où il débute comme professeur d’arithmétique et de géométrie. Borovsk, par rapport à Moscou, est décrite dans de nombreux les écrits comme un véritable désert culturel. C’est toutefois dans cette ville qu’il rencontre sa femme, Varvara Sokolova, et que le couple fonde sa famille. A l’époque, il se focalise sur l’étude des propriétés des gaz et écrit Théorie des gaz, isolé dans son village, sans aucune connaissance des avancements scientifiques dans le reste du monde.

Même si ce travail n’est pas le plus connu, il est décisif car il lui permet d’acquérir les connaissances nécessaires pour écrire un autre travail théorique bien plus célèbre en astronomie, Espace vide (dont le titre original est « Svobodnoe Prostranstvo »). Ecrit en 1883, il ne sera publié pour la première fois qu’en 1956. Pour la première fois, il décrit les effets du vide et de l’apesanteur sur les futurs cosmonautes.

L’ouvrage contient, entre autres, le croquis largement reproduit d’un vaisseau entouré de cosmonautes en apesanteur, d’un dispositif capable de propulser le vaisseau et de gyroscopes primitifs qui contrôleraient l’orientation du vaisseau dans l’espace. Tsiolkovsky insiste d’ailleurs sur ce dernier point, tenant à montrer la possibilité de maîtriser la direction d’un véhicule dans l’espace.

C’est à Borovsk également que Tsiolkovsky commence à dessiner des plans plus élaborés de vaisseaux et de fusées. Ces engins resteront au centre de sa réflexion jusqu’à la fin de sa vie. Son premier travail sur le sujet est publié en 1892 et propose un vaisseau avec une coque en métal. Cependant, il ne parviendra pas à convaincre les militaires tsaristes.

En février 1892, Tsiolkovsky est promu dans la ville de Kaluga, situé dans une autre province au Sud de Moscou. Kaluga est beaucoup plus développée que Borovsk. Il y restera jusqu’à sa mort en 1935.

En 1893, il écrit sa première nouvelle Sur la Lune. Tsiolkovsky a écrit plusieurs textes « romancés » comme moyen de vulgariser ce qu’il sait.

En 1894, Tsiolkovsky propose dans son article Les avions ou ces machines ressemblant aux oiseaux où il expose l’idée d’un engin tout en métal avec une forme aérodynamique avancée. Cet article qui peut paraître anodin aujourd’hui est en réalité un travail formidable quand on sait que l’Eole de Clément Adler, un des premiers avions ayant été construit, date de 1886.

En 1895, il publie Rêves à propos de la Terre et du ciel (« Grezy o Zemle i Nebe ») dans lequel il parle pour la première fois de l’installation de l’être humain dans l’espace, exploitant les astéroïdes et construisant des serres en orbite.

3. Approfondissement de la réflexion de Tsiolkovsky

Aux alentours de 1896, Tsiolkovsky étudie la théorie de la propulsion par réaction et, en 1903, il publie un manuscrit nommé Exploration de l’Espace au moyen de machines à réaction. Il trace alors les grandes lignes de sa théorie du vol spatial et publie une équation basique décrivant les forces en action lors du décollage d’une fusée en route pour l’espace. Elle décrit la relation mathématique entre la masse changeante de la fusée au fur et à mesure qu’elle brûle du fuel, la vitesse d’échappement des gaz et la vitesse finale de la fusée.

C’est la toute première preuve scientifique de la possibilité du vol spatial. Par ailleurs, cette équation, aujourd’hui connue sous le nom d’ « équation de Tsiolkovsky », réussit à capturer malgré son extrême simplification les variables essentielles au vol spatial à l’intérieur d’une seule équation.

Cet article contient également la description de ce qu’il faudrait utiliser pour procurer suffisamment d’énergie à une fusée : un mélange de carburant et d’oxydant. Il identifie la meilleure combinaison comme un mélange d’hydrogène et d’oxygène mais il explique que la combinaison la plus facile à réaliser serait un mélange de kérosène et de l’oxygène.

Durant les trois décades suivantes, il va développer plus avant ses idées sur les fusées et le voyage spatial, publiant de nombreux papiers et autres monographies.

Il développe par exemple différentes façons de diriger les fusées spatiales. Il propose l’utilisation d’un gouvernail en graphite ou encore un système de déplacement du système de propulsion qui entraînerait le déplacement de tout le vaisseau spatial. Il pense à intégrer des pompes dans les fusées pour déplacer les liquides de propulsion du réservoir de stockage vers la chambre de combustion.

Il imagine un système de régulation de la température à l’intérieur des fusées spatiales avec l’aide d’un revêtement spécial permettant d’exploiter les rayonnements solaires. Pour rendre possible l’exploration de l’espace par des êtres humains en dehors du vaisseau spatial, il propose de concevoir des sas de dépressurisation et des combinaisons spéciales résistant à la pression. Il pense aussi à attacher les cosmonautes à des cordes, assurant ainsi leur sécurité lors de ces sorties.

Il projette aussi la construction d’îles spatiales gigantesques qui procuraient des habitations de longue durée à proximité de la Terre. Ces îles pourraient héberger plusieurs milliers de personnes.

En 1926, Tsiolkovsky rassemble toutes ses idées pour écrire son très connu Plan de l’exploration spatiale où il détaille la colonisation de l’Univers en 16 étapes.

1) Conception d’avions dotés d’ailes et propulsés par des fusées.

2) Augmentation progressive de la vitesse et l’altitude atteintes par ces avions.

3) Développement de véritables fusées sans ailes.

4) Capacité d’atterrir sur la surface de la mer.

5) Atteinte de la vitesse d’échappée (environ 8 km/seconde) et premier vol dans l’espace.

6) Allongement des durées de vol dans l’espace.

7) Utilisation expérimentale de plantes pour former une atmosphère artificielle dans les vaisseaux spatiaux.

8) Utilisation de combinaisons pressurisées pour l’activité à l’extérieur des vaisseaux spatiaux.

9) Mise en orbite de serres pour abriter les plantes.

10) Construire de grands habitats orbitaux autour de la Terre.

11) Utilisation du rayonnement solaire pour produire de la nourriture, fournir de la chaleur aux quartiers spatiaux, et voyager à travers le Système Solaire.

12) Colonisation de la ceinture d’astéroïdes.

13) Colonisation de tout le Système Solaire et au-delà.

14) Réalisation de la perfection individuelle et sociale.

15) Surpeuplement du système solaire et colonisation de la Galaxie.

16) Début de la mort du Soleil, les gens habitant encore dans le système solaire déménagent vers d’autres systèmes solaires.

En 1929, Tsiolkovsky écrit Trains de fusées spatiales dans lequel il suggère une méthode pour atteindre une vitesse d’échappement grâce à l’utilisation de boosters multiples. Plusieurs boosters sont joints ensemble et s’enclenchent tour à tour permettant au vaisseau spatial de voyager et d’accélérer après son décollage.

Ces tous derniers calculs à propos de boosters multiples amène Tsiolkovsky à la conclusion que les premiers voyages dans l’espace se passeront 20 ou 30 ans plus tard (soit vers 1950 ou 1960). Prévision tout à fait pertinente étant donné que le premier voyage dans l’espace est réalisé par Gagarine en 1961.

Dans ses écrits, Tsiolkovsky explique aussi qu’étant donné le nombre gigantesque d’autres soleils dans l’Univers, il est tout à fait logique de postuler l’existence d’autres civilisations sur d’autres planètes.

4. Influence de Tsiolkovsky

Tsiolkovsky fascine aujourd’hui de par l’exhaustivité et le niveau de détails de ses descriptions des futurs vaisseaux spatiaux, par la portée de nombre de ses idées théoriques devenues des pratiques courantes de l’ingénierie astronautique actuelle ou encore par l’exactitude avec laquelle il décrit les effets de l’apesanteur.

Toutefois, peu de ses voisins de Kaluga savaient qui était cet homme. De nombreux témoignages dépeignent un professeur excentrique, « un vieil homme sourd qu’ils voyaient déambuler dans les rues, se parlant à lui-même, marmonnant des choses incompréhensibles ».

Même si ces témoignages le font apparaître comme un être solitaire souvent perdu dans ses pensées, Tsiolkovsky était en réalité un homme aimant ses semblables, un homme qui a consacré 12 ans de sa vie à l’enseignement dans une ville que la plupart des gens s’accordent à décrire comme un néant culturel. Des écolières de Kaluga expliquaient qu’il était capable d’expliquer des choses extrêmement compliquées avec des termes extrêmement simples.

Tout comme ses voisins de Kaluga, le reste de l’Europe ignorera longtemps la portée des travaux de Tsiolokovsky. Et ce malgré tous les efforts faits par Nikolai Rynin, un ingénieur et chercheur soviétique, pour diffuser son oeuvre.

Au niveau scientifique, en Russie, Tsiolkovsky reste également longtemps isolé. Il bâtit ses théories mais ne garde que peu d’espoir de les tester. Il n’a ainsi jamais tenté de construire une fusée. Pendant une longue période, Tsiolkovsky voyait ses propres théories à propos du voyage dans l’espace comme de « simples » calculs faisant référence à un futur très lointain plutôt que comme des prévisions d’un âge d’or finalement très proche.

Cependant, tout cela va changer. A l’automne 1923, Tsiolkovsky reçoit une lettre d’un jeune homme de 15 ans, Valentin Glushko qui lui demande des copies de ses écrits. Tsiolkovsky et Glushko entretiendront leur correspondance pendant plusieurs années et Glushko deviendra le père de la fusée à propulsion soviétique. En effet, alors que le travail de Tsiolkovsky est essentiellement théorique, Glushko réussit à le mettre en pratique dans les années 30 au célèbre Laboratoire des Gaz Dynamiques de Leningrad.

La façon dont Tsiolkovsky a influencé Sergei Korolev, un autre pionnier de l’astronautique soviétique, est beaucoup moins évidente. Toutefois, ce dernier écrit en 1934 que Tsiolkovsky « avait découvert la théorie du vol spatial […] et avait exploré de nombreux problèmes liés au voyage spatial habité. ». Le biographe de Korolev relatait qu’il possédait dans sa librairie plusieurs tomes de Tsiolkovsky couvert d’annotations.

Tsiolkovsky sera présent dans les années 30 pour voir les premiers progrès faits dans l’astronautique par Glushko, Korolev et ses collègues. Par conséquent, il revoit ses estimations sur la façon dont l’humanité entrerait dans l’espace. Dans un article publié en 1935, quelques mois avant sa mort, il écrit : « Le travail acharné de ces derniers temps a secoué mes vues pessimistes : des techniques ont été trouvées qui vont donner des résultats remarquables dans quelques décennies ». Il écrira aussi : « Ma vie entière a consisté à penser, à calculer, à effectuer des travaux pratiques et des essais. Mais beaucoup de questions restent sans réponse, beaucoup de travaux sont incomplets ou non publiés. Les choses les plus importantes sont à venir. »

Voici donc ce qu’ont été la vie et les réflexions visionnaires du grand penseur et scientifique Konstantin Tsiolkovsky qui se nommait lui-même le « citoyen de l’Univers ». Sa biographie permet de constater que, contrairement à l’affirmation selon laquelle la réussite du programme spatial soviétique est uniquement due à la constante concurrence avec les Etats-Unis, Tsiolkovsky avait déjà développé une théorie matérialiste incroyablement juste et prolifique de l’exploration de l’Univers bien avant la course aux étoiles entre les deux pays.

En conclusion, nous pouvons affirmer que la vision de Konstantin Tsiolkovsky est la nôtre. Ce scientifique a développé de formidables théories sur le voyage dans l’espace et a grandement influencé la première génération des ingénieurs spatiaux soviétiques qui, en retour, lui ont redonné l’entrain et la confiance dans les capacités de l’être humain. Tout au long de sa vie, il a cherché à changer radicalement le point de vue de l’être humain sur sa place dans l’Univers et à améliorer la vie de l’Humanité en participant à la recherche du bonheur universel (même s’il avouait lui-même ne pas savoir dans quelle mesure ses travaux rendraient cela possible).

Les travaux de Tsiolkovsky constituent un formidable héritage que les scientifiques communistes doivent étudier et transmettre !