齐奥尔科夫斯基：现代火箭与宇航理论的奠基者

文/ 罗缉

提起航天，有一个人的名字不能不提，那就是创建了现代火箭基本原理和宇宙航行学理论的俄罗斯科学家康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基。

1857年9月17日，齐奥尔科夫斯基出生在俄国梁赞地区一个林业官员的家庭里。10岁时，他因为患猩红热丧失了听力，从此辍学在家，刻苦自学。他善于思考，还喜欢自己动手做各种各样的实验，幻想有一天能像鸟一样在天空自由自在地飞翔。

16岁那年，他只身来到了莫斯科。在那里他读了大量数学、物理学、化学、机械学以及天文学方面的书籍，他一面读书一面搞设计。这样生活了一段时间，他发现他需要自己挣钱，以贴补他的实验。他到了离莫斯科100公里远的博罗夫斯克当了中学教员。

▲ 澳大利亚昆士兰托马斯·布里斯班爵士天文馆矗立的齐奥尔科夫斯基塑像

▲ 火箭专家和宇航先驱——齐奥尔科夫斯基

他白天上课，晚上继续他的研究和实验。他把注意力放在了热气球上。当时，人们已经能够乘坐热气球在天空中飞翔了。但是，当时的热气球是用胶布做的，既不结实，还容易着火，最大的缺点是无法控制。于是齐奥尔科夫斯基研究起人可操纵的金属气球——飞艇来。根据他的研究，他写成了《气球原理》《可操纵的金属飞行器》等书。他还设计了一架飞机。他的飞机是用两块固定的平板当做翅膀，并装有两个推进器。根据这一设计，他写了论文《论用翅膀飞行》，但没有引起关注。

1892年，他转到卡卢加的一所学校任教。在那里，他进行了空气阻力的实验，发现流动的空气不仅是飞行的阻力，也是浮力，从理论上证明了他的飞机设计的正确性。他建造了俄国第一个风洞，并同茹科夫斯基一起创立了实验空气动力学这门学科。1903年，美国的莱特兄弟实现了人类第一次的动力飞行，而齐奥尔科夫斯基的飞机设计图却无人问津，未能面世。

齐奥尔科夫斯基又把它的注意力转入太空飞行。他的研究成果，集中地体现在1898年写成的《利用喷气装置探索宇宙空间》的著作中。他首先提出火箭是人类飞出地球的手段，论述了火箭在自由空间中运动的基本原理，推导出描述火箭在重力场运动时所能达到的最大速度的数学公式，也就是著名的齐奥尔科夫斯基公式。

▲ 齐奥尔科夫斯基写的《宇航力学》著作

▲ 齐奥尔科夫斯基设计的火箭用电脑展示出来的概念图

这个公式表明，火箭要达到最大速度，第一需要采用高能推进剂来提高火箭的喷气，第二需要尽可能减轻火箭结构重量。确切地说，是要提高火箭起飞前的质量与火箭耗尽燃料后的质量之比值。这就为火箭的设计奠定了科学的理论基础。

可以说，没有这个公式，就没有今天的宇宙飞行。齐奥尔科夫斯基第一个把火箭原理和航天概念建立在科学的基础上，还研究了宇宙飞船的起飞方法和条件，设想了未来人在飞船中生活的情景。同时，他还大胆地提出采用液体推进剂的多级火箭建设地球之外的空间站的方案。

他精确地计算出火箭飞出地球所必须具备的速度。他还指出，火药不适合于宇宙飞行，用液氢和氧作燃料代替火药。他还解决了宇宙航行的许多重大理论问题。

尽管齐奥尔科夫斯基从理论上打开了宇宙航行的道路，后来的实验也证明了他的理论和计算的正确性，但在当时他却看不到任何实现他的设想的曙光。他的著作当时并未引起注意，甚至被拒绝出版，直到5年之后的1903年才在友人的帮助下正式发表。

1911年到1914年，齐奥尔科夫斯基又发表了第二部科学著作《火箭与太空探索》，把利用火箭进行宇宙航行的思想向前推进了一步。

齐奥尔科夫斯基留下一句耳熟能详的名言：“地球是人类的摇篮，但是人不会永远生活在摇篮里。”1935年9月19日，齐奥尔科夫斯基去世。

齐奥尔科夫斯基一生致力于航空和宇宙航行的基础理论研究，为人类航天事业的发展奠定了基础。他论证的重要理论问题包括：靠空气提供的升力不能进入太空，要在宇宙空间飞行，必须使用自带推进剂、不依赖空气的火箭发动机；宇宙航行应使用如液氧-煤油那样的高能液体推进剂，可以用液体燃料泵调节流量，控制火箭推力；要挣脱地球引力和克服空气阻力飞出地球，单级火箭还做不到，必须用多级火箭接力等等。