从“万户飞天”到“太空出差”：太空梦，从造火箭开始......( 三 ) 2021年9月17日

之后，他又具体提出了火箭公式，计算了第一宇宙速度，提出利用火箭进行星际交通、制造人造地球卫星和近地轨道站的可能性，指出发展宇宙航行和制造火箭的合理途径，找到了火箭和液体发动机结构的一系列重要工程技术解决方案。他指出了火箭怎样才能冲出地球大气层，并指出多级火箭可以达到宇宙速度。他还相信向外星殖民的想法，认为这能使人类永久存在下去。
从那时开始， “航天”成为人们心中可以真正实现的梦想，全世界的人都记住了这位大师的名言：“地球是人类的摇篮，但人类不会永远被束缚在摇篮里！”他一生出版了500多部关于宇宙航行的著作，包括科幻作品。他在科幻小说《在地球之外》中，设想的“宇宙游泳”、“宇宙枪”、在月面上降落的小型“着陆船”等，同现代宇宙航行的实际情况惊人地符合。

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齐奥尔科夫斯基于1903年出版的《利用反作用力设施探索宇宙空间》是第一部从理论上论证火箭的论文。文中，他计算了进入地球轨道的逃逸速度是8km/s ，论证利用液氧和液氢做燃料的多级火箭可以达到这个速度，见图2-1（b）和（c）。
火箭的原理说起来简单，不就是反作用力嘛！就像在射击的时候，子弹向前跑，枪托却往后顶的道理一样。
反作用力随处可见，地面上的许多运动也是利用反作用来实现的。当你认真分析多种运动机制后会发现，即使是由反作用力的原理而产生的运动，也有两种不同的方式。
比如，人在水中游泳的动作，是利用身体将身边的水向后推，同时水对人体产生一个向前的反作用力，使人向前运动。但是，乌贼或章鱼则有另外一种水中应急逃生时采取的运动方式，它们的身体内有一个储水的口袋，它会在身体紧缩时，将其中的水急速喷出，借助于这些水喷出时的反作用力，乌贼便会迅速作反向运动。游泳人的反冲力是通过周围的介质间接获得，而乌贼的反冲力则通过自身喷水而得到。
能在没有介质的太空中前进的火箭，运动原理类似于乌贼，因此，人们常称乌贼为“水中火箭” 。
喷气式飞机也是依靠尾部喷出高速气体的反冲力来使得机身向前运动。但喷气式飞机需要吸进周围的氧气才能燃烧。太空火箭的发动机则不仅需要自带燃料，还要自带氧化剂。因此，火箭的基本构造就是燃料加氧化剂。用固体燃料的为固体火箭，用液体燃料则为液体火箭，见图2-1（b）。
最早的中国古代火箭，使用粉末状火药固体，就是固体火箭的例子。从现代观点看，固体火箭和液体火箭各有优缺点。固体火箭的燃料容易长时间储藏和保存，可在任何时候点火发射，但火药一旦点燃，便无法停止，难以控制。液体火箭的液态氧和燃料需要低温储存，常温下容易蒸发为气体，不易保存。但液体火箭具有运载能力大、方便用阀门控制燃烧量等优点，特别是在齐奥尔科夫斯基和几个火箭研究先驱者所在的年代，被认为是实现太空旅行的最佳选择。

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中国古代火箭概述图图源：百度百科
人们很早就有了“多级火箭”的想法，据说中国明朝（14世纪）的“火龙出水” ，算是最早的二级火箭雏形。因为火箭储料罐中的物质总是越用越少，罐子的质量却不减少，有什么必要携带着这些多余的质量而影响火箭的推力呢？人们自然地考虑将几个小火箭连接在一起，烧完一个之后丢掉，再点燃另一个。齐奥尔科夫斯基经过严格计算，系统地提出了人类如何使用多级火箭而进入太空的理论。齐奥尔科夫斯基为研究宇宙航行和火箭发动机奠定了理论基础。
作者：张天蓉
文源：《九天揽月：太空探索史话》略有删改
文中部分图片源于网络
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