六、航天飞机之父

1857年9月17日，齐奥尔科夫斯基出生于俄罗斯梁赞省的伊热夫斯基村（靠近莫斯科），取名康斯坦丁。他们家境贫寒，虽然齐奥尔科夫斯基自小热爱读书，但他的父亲没有能力送他到更好的学校学习。他受到的唯一正规教育是在伊耶夫斯科的乡村学校里获得的。不幸的是，他在十岁的时候，由于患了严重的猩红热病而使听觉几乎完全丧失。从那时起，齐奥尔科夫斯基几乎同外界隔断了联系。生理障碍把他同人们疏远了，但却促使他发奋读书，积极努力。他凭借自学，自修了中学和大学课程，掌握了大量数学、物理学、天文学知识。1878年，他通过资格考试，担任了波罗伏斯克县一所中学的数学和物理学教师。

受凡尔纳科幻小说的强烈吸引和喜好幻想的品质，他对升空飞行和太空旅行具有浓厚的兴趣。在航空领域，他设计制造了俄罗斯第一台风洞，最早提出了硬式飞艇思想。在航天飞行领域，齐奥尔科夫斯基一直在进行着研究和思索。大约在1878～1879年，为了研究生物在飞行环境中的反应问题，他设计了一种研究加速度对生物体影响的装置。1883年，他在一篇名为《自由空间》的手稿中，首次指出利用反作用装置作为外太空旅行工具的推进动力的可能性。他对这种火箭动力的定性解释是，火箭运动的理论基础是动量守衡定律。在这篇手稿中，他还分析了没有空气和阻力的空间的运动，画出了宇宙飞船的草图，并且计划采用陀螺装置使飞船在飞行中保持稳定。有关太空飞行的思想在1893年发表的科幻小说《月球上》和1895年写的《地月现象和万有引力效应》中得到了进一步发展。1896年，他开始从理论上研究星际航行的有关问题，进一步明确了只有火箭才能达到这个目的。1897年，齐奥尔科夫斯基推导出了著名的火箭运动方程式。他经过几年潜心研究，于1898年完成了航天学经典论文《利用喷气工具研究宇宙空间》，但这篇论文直到1903年才在莫斯科的《科学评论》杂志上发表。接着，他又于1910年、1911年、1912年、1914年在《航空报告》上发表了多篇火箭理论和太空飞行的论文，较系统地建立起了航天学理论基础。

《利用喷气工具研究宇宙空间》内容涉及到与火箭和航天飞行有关的各个方面问题。首先，作为科学研究和探测工具，齐奥尔科夫斯基分析了现有运输装置的不足。接着齐奥尔科夫斯基运用变质量运动理论，推导出了火箭运动的基本方程，从而使火箭的理论更趋于完善。这个公式后来被命名为齐奥尔科夫斯基公式。在这个公式的基础上，他又推导出了火箭在重力场中的运动方程式。这两个简单公式奠定了火箭运动的理论，具有重要的实际意义和理论价值。根据这两个公式，齐奥尔科夫斯基建立了火箭质量比的概念，即火箭起飞前的质量与火箭燃料耗尽后的质量之比，并由此指出质量比的重要意义。他还首次提出了火箭推进剂比冲的概念，认为比冲越大，火箭性能越好。通过对一述公式的分析，齐奥尔科夫斯基得出了一些重要结论。齐奥尔科夫斯基由此还推导出了火箭要克服地球引力所要具备的最小速度即第一宇宙速度为每秒8千米。(www.daowen.com)

火箭运动理论大致有了一个完整的框架后，齐奥尔科夫斯基又对星际航行问题进行了研究和展望。他设计并画出了载人宇宙飞船的草图，研究了载人宇宙飞行的种种问题，包括载人飞船内如何保持适宜的温度、压力、湿度等条件，飞船内空气和水的净化和重复使用问题，二氧化碳的吸收问题，利用绿色植物提供氧气的问题，以及宇航员如何克服起飞时的高过载问题等等。他还研究了太空飞行对人类社会的重大影响以及人类的前景等问题。在1911年发表的《利用喷气工具研究宇宙空间》下半部分中，齐奥尔科夫斯基详细地描述了一艘载人宇宙飞船从发射到进入轨道的全过程，内容涉及飞船起飞时的壮观景象，超重对宇航员的影响，失重效应以及人的感觉和飞船内物体的奇异表现，不同的高度看地球的迷人景观，天空的景色等。人们读来有如亲临宇宙飞船登天的感觉。

齐奥尔科夫斯基航天学理论的奠基人。他的著作说构成了一个相当完整的航天学理论体系，其中许多研究成果在航天史属于第一：①首次明确提出液体火箭是实现星际航行的理想工具；②首次较全面地研究了各种不同的液体推进剂，并提出液氢液氧是最佳的火箭推进剂；③首次推出火箭在真空中运动的关系式，并计算出火箭的逃逸速度；④首次提出了火箭质量比的概念，并阐述了质量比的重要性；⑤首次画出了完整的宇宙飞船的设计草图；⑥首次提出了液体火箭推进剂的泵输送方法；⑦首次提出了火箭发动机燃烧室的再生冷却方法；⑧首次提出利用陀螺仪实现宇宙飞船的方向控制；⑨首次研究了失重对生物和人的影响，并提出了减轻失重和超重不利影响的措施；⑩首次开展了失重和超重对小动物影响的试验；首次提出利用植物改善舱内环境和提供宇航员食物的措施；首次提出多级火箭的设计思想；首次研究了火箭在大气层中运行时的空气动力加热问题；首次提出空间站和太空生物圈设想；首次提出利用太阳光压推进宇宙飞船的思想；首次提出太空移民思想。

齐奥尔科夫斯基为航天事业贡献了毕生精力。他建立了液体火箭运动理论和太空飞行基本理论，为航天学的建立做出了巨大成就。他是位多产的科学家，一生发表了580篇科学论文和科学幻想作品。这些著作是他在科学领域辛勤耕耘的见证，也是航天史的宝贵遗产。1911年8月12日，齐奥尔科夫斯基曾写下了这样一段名言：“地球是人类的摇篮，但人类不可能永远被束缚在摇篮里。它首先小心地探索大气层的边缘，然后将把控制和干预能力扩展到整个太阳系。”可以告慰这位伟大的先驱者的是，他所构想的太空飞行包括载人太空飞行目标，都首先在他的故乡苏联——俄罗斯实现。今天，齐奥尔科夫斯基这位伟大的航天先驱者的大部分预言已经变成了现实。