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航天鼻祖齊奧爾科夫斯基
1857年9月17日,齊奧爾科夫斯基出生於俄國梁贊州的伊熱夫斯村。父親是護林員,母親出身工匠之家,家境貧寒,兒時過著艱辛的生活。更不幸的是,齊奧爾科夫斯基10歲時患上嚴重的猩紅熱病,雙耳失聰,尚未讀完小學就不得不輟學在家。在父母的輔導下,他靠頑強的毅力自學了小學和初中課程,並養成了勤於思考的習慣。14歲時,他從物理書中獲得知識,嘗試著做風箱扇風推動的車模型,做紙袋充氫氣飛行,繪製想像中的飛行器草圖。
1873年,16歲的齊奧爾科夫斯基懷著強烈的渴望,隻身到莫斯科開始3年的求學生涯。由於耳聾無法進入學校讀書,只能每天到圖書館自學他不論寒暑,早出晚歸,整天泡在圖書館刻苦攻讀,靠父親寄錢維持起碼的生活,3年竟學完了大學理科的課程。在求學期間,他對星際航行產生了濃厚的興趣,自己動手製造金屬飛行器,開始研究有關火箭飛行的問題。他後來回憶說:「我很少系統地學習過,只讀過使我產生興趣的和自認為重要的一些書。可以說,我一面學習,一面創造,儘管也經常耽誤學習和創造失敗。我也很難準確回憶起我是怎樣開始計算有關火箭的問題。對我來說,第一顆太空飛行思想的種子是由著名的儒勒·凡爾納的幻想小說播下的,它使我在頭腦裡形成了明確的人生發展方向,我開始把它作為一種嚴肅的活動。」
1879年,齊奧爾科夫斯基以優異成績通過考試,取得中學教師的資格。他一邊在波羅沃斯克中學教數學和物理,一邊獨立研究星際航行問題。他對宇航的研究傾注了全部熱情,把課餘時間都投在了沒有引力的世界,甚至到了痴迷的程度。在他這一時期的筆記本裡,畫有太陽系的天文圖,描繪了能懸掛在太空的「紡錘形塔」和「人造圈」,這可能就是他關於人造衛星和空間站的最早構想。1883年,他寫出了《自由空間》論文手稿,指出利用反作用裝置作為太空旅行工具的動力的可能性,在地球之外人類受到失重的考驗,火箭能在太空中飛行,還繪出了一幅徵服太空的火箭發動機原理圖。1887年,他應邀去莫斯科作了關於金屬飛行器的學術講演,他的研究成果引起一些科學家的關注。1891年,他從理論上研究了星際航行問題,進一步明確指出只有火箭才能達到這一目的。
這時發生了兩件令齊奧爾科夫斯基十分痛心的事情:一件是鄰居的草屋失火,將齊奧爾科夫斯基家的圖書、工具、模型和手稿焚毀,多年的心血付之東流;另一件是他的才華和正直受到嫉妒,未能再去莫斯科工作,給他的研究工作造成很大困難。1892年,他憤然離開波羅沃斯克城,舉家遷居卡盧加小鎮。在那裡他仍然是一邊在中學教物理,一邊潛心於他的研究實驗工作。1893年,他發表了科幻小說《在月球上》,兩年後又出版了《關於地球和天空的幻想及萬有引力效應》一書,提出了發射人造地球衛星的設想。他不僅利用學校破舊的物理實驗室做小蒸汽機噴氣實驗,而且還在自家的房頂上用廢棄的鐵筒製成一個「風洞」,用這種簡陋的送風機來測定空氣的阻力,獲得有關火箭和航天原理的數據,為他創立航天理論打下了基礎。
功夫不負有心人。齊奧爾科夫斯基的研究,幾乎涉及到實現太空飛行從火箭燃料選擇到人如何克服失重影響的各種課題,在理論研究上取得了突破性的進展。1898年,他完成了《利用噴氣裝置研究宇宙空間》的經典論文。這篇論文凝結了他多年的研究成果。但幾經周折,這一划時代著作5年後才在莫斯科的《科學評論》雜誌上發表。隨後,他又在《航空報告》雜誌上陸續發表了幾篇關於火箭和太空飛行的論文,奠定了航天學的理論基礎。這些確立了齊奧爾科夫斯基作為航天理論奠基者的地位。
齊奧爾科夫斯基發表的《利用噴氣裝置研究宇宙空間》,為人類飛向太空開闢了道路。在這本科學著作中,他論證了火箭作為星際航行工具的可能性,推導出了火箭運動的基本方程。這個方程後來被命名為「齊奧爾科夫斯基公式」。它引出了火箭質量比,即火箭起飛前的質量與火箭所攜帶燃料耗盡後的質量之比的概念,還首次提出了火箭推進劑比衝的概念。質量比越大,比衝越高,火箭性能就越好。因此,火箭質量比和推進劑比衝對於利用火箭實現太空飛行具有重要意義。同時,他還推算出火箭要克服地球引力所需的最小速度,即第一宇宙速度,首次明確提出液體火箭是實現星際航行的理想工具。這標誌著火箭飛行理論的真正開端,是航天發展史上的一個裡程碑。
經過長達7年的艱苦努力,1911年,齊奧爾科夫斯基又完成了《火箭與太空探索》的研究論著,更加豐富了他的航天理論。在此書以連載形式發表的前言中,他寫道:「開始必須有理想、幻想甚至神話,接著便進行科學計算。這樣,最後就可以實現自己的理想,有關宇宙航行的著作便屬於創造性階段。」確實如此,齊奧爾科夫斯基進一步描繪了宇宙飛船發射和飛行,超重對航天員的影響,人在太空中的失重效應,登天觀看地球的迷人景象等。所有這些都建立在嚴格的科學計算基礎上,充分展示出了他的創造才能,揭示了利用火箭探索太空的基本原理。
在齊奧爾科夫斯基擔任中學教員的十分艱難的日子裡,他大約寫了130篇論文但只自費發表了近50篇,還不被人們所理解。俄國十月革命後,齊奧爾科夫斯基的研究工作受到信任和重視,他逐步有了較好的生活和工作條件,他的關於徵服宇宙空間的思想也迅速傳播開來。他在60歲以後的18年時間裡,寫了《飛往宇宙空間的火箭》、《宇宙飛船》等450篇手稿,繼續闡述他關於星際航行的認識和思想。特別是1929年完成的《宇宙火箭列車》,對多級火箭作了詳細的理論論證,證明了化學推進劑的火箭發動機能夠達到宇宙速度。
1930年發表的《致航天學家》和1932年發表的《達到同溫層》著作,則進一步論證了火箭推進劑的性能和對火箭的各種設計要求。他晚年寫成的《宇宙火箭工作》一文,則系統地總結了他在火箭和航天學領域的工作和成績,論及了火箭、人造衛星、載人飛船、太空基地、星際航行的幾乎所有問題,為航天學的創立作出了巨大貢獻。他在這篇自述的文章中說:「在我工作和研究過程中,我發表了利用類似於火箭的反作用裝置實現太空飛行的理論。基於已被檢驗的數據推導表明,人類進入太空甚至在地球大氣層之外移民都是可能的。也許當我的思想獲得應用,人類不僅在地球表面上活動,而且飛到宇宙空間時,上百年已經過去了。」
現在,一個世紀過去了。人們看到航天已經不再是神秘而被嘲諷為「怪人」的幻想,人類不僅頻繁地到太空活動甚至登臨月球漫步,而且正在向著一個更遠的目標進軍。這就是齊奧爾科夫斯基在1933年五一勞動節向公眾發表的廣播講演中所期望的未來:「40年來,我一直從事有關火箭原理的研究。我始終都堅定地認為,在可預見的將來,人類將可能飛向火星。儘管時代在變,但星際航行的理想總要繼續下去。今天我確信,你們之中將有人到星際中航行。」