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航空与航天
1.6.1 火箭技术理论之父——齐奥尔科夫斯基

火箭技术理论之父——齐奥尔科夫斯基

齐奥尔科夫斯基(1857~1935),俄国和前苏联科学家,现代航天学和火箭理论的奠基人。1857年9月5日生于俄国伊热夫斯科耶镇(今属梁赞州)。童年因病辍学,后来主要靠自学,读完中学和大学数理课程。

1859年9月17日,齐奥尔科夫斯基出生于俄罗斯梁赞省一个美丽的村庄,父亲给他取的名字是康斯坦丁。这个家有7个孩子,康斯坦丁是老五。对于双亲,康斯坦丁在晚年回忆说:“父亲总是那么沉着冷静,在熟人中间,他聪明善辩,而在官僚中间,他以赤色和令人难以容忍的正直闻名。”父亲爱好建筑,曾经带领着几个孩子一起造过楼房和宫殿的模型,还总是不停地告诉几个儿子要多做体力活儿,要自立。母亲则完全是另一种性格,她活泼、热情,急躁的时候就用大嗓门说话,非常能干。康斯坦丁认为,父亲给了他坚强的意志,母亲给了他才华和对事物的热情。

也许任何一个伟大的人物,早期遭受的各种磨难都是他成为伟大人物的必备条件。康斯坦丁由于耳聋与外界断绝了联系,却从此走上了独立思考、善于幻想的道路。在学习书本知识的同时,他通过各种方式对自己掌握的知识进行检验。有一次,他自己做了一个量角器,没有出屋就测量出了与远处的火警望台的距离是284米。然后,他又步行进行校验,结果完全正确,这使他对科学的信心倍增,他开始了解到理论知识对实践生活的指导意义。

1877年秋,齐奥尔科夫斯基通过了乡村中学教师资格考试。4个月后,他被任命为卡卢加省波罗夫县一个中学的数学教师。在波罗夫县,他租了两间房子住了下来,房东是一个寡妇,有一个女儿叫索科洛娃。齐奥尔科夫斯基自己搞了一个实验室,一边教书,一边开始独立的研究工作。后来他与索科洛娃结了婚。

1881年,齐奥尔科夫斯基对气体理论进行了大量思考和研究,并完成了一篇论文,送交彼得堡的物理和化学学会。学会的科学家看到齐奥尔科夫斯基的论文后十分惊讶。因为论文的内容和结论完全正确,但这一问题早在20多年前就已得到了圆满解决。科学家们没有把这个年轻人看作是骗子或剽窃者。他们认为:这位年轻学者可能与外界缺乏联系,并不知道他的“发现”已经问世多年了。著名科学家门捷列夫给齐奥尔科夫斯基写了一封措辞谨慎的信,对他的工作和成绩表示赞赏,还对他进行鼓励,希望他将来取得更大成果。

1892年,齐奥尔科夫斯基的研究兴趣转到飞艇上来。他曾发表了多篇有关飞艇的论文,提出了全金属硬式飞艇的设想。这段时间他还研究过飞机,但由于经费不足,实验工作无法开展。这使他认识到,像飞艇或者飞机这类大型的工程问题,靠一个人在业余时间里摸索,很难得到有实际意义的成果。因此他觉得还是应当做一些理论研究工作。这时,他开始把主要精力投入到太空飞行研究上。

1882年,他在自学过程中掌握了牛顿第三定律。这个看似简单的作用与反作用原理突然使他豁然开朗。他在3月28日的日记中写道:“如果在一只充满高压气体的桶的一端开一个口,气体就会通过这个小口喷射出来,并给桶产生反作用力,使桶沿相反的方向运动。”这段话就是对火箭飞行原理的形象描述。

1883年,齐奥尔科夫斯基在一篇名为《自由空间》的论文中,正式提出利用反作用装置作为太空旅行工具的推进动力,他对这种火箭动力的定性解释是:火箭运动的理论基础是牛顿第三定律和能量守衡定律。这些思想在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,他推导出著名的火箭运动方程式。

在这些工作的基础上,齐奥尔科夫斯基于1898年完成了航天学经典性的研究论文《利用喷气工具研究宇宙空间》,接着,他又于1910年、1911年、1912年和1914年在《科学报告》上发表了多篇关于火箭理论和太空飞行的论文。这些出色的著作系统地建立起了航天学的理论基础。

在对火箭运动理论进行了一番研究之后,齐奥尔科夫斯基又对星际航行问题进行了研究和展望。在1911年发表的论文中,他详细地描述了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,超重和失重对宇航员的影响,失重状态下物体的奇异表现,不同的高度看地球的迷人景观、天空的景色等。人们读起他的著作来有如亲身体验宇宙飞船登天的感觉。

1935年9月19日,齐奥尔科夫斯基逝世于卡卢加,享年78岁。他晚年已获得了许多荣誉。逝世后,苏联政府给予了他更多的荣誉:1954年,苏联科学院设立了齐奥尔科夫斯基金质奖章;政府为他建立了纪念像,并在卡卢加市建立了齐奥尔科夫斯基博物馆。他被誉为“俄罗斯航天之父”、世界上最伟大的航天先驱者。

今天,在航天界仍然流行着一句名言,这是齐奥尔科夫斯基在给《航空评论》杂志的信中写下的:“地球是人类的摇篮,但人类不可能永远被束缚在摇篮里。”