1903年，俄國科學家齊奧爾科夫斯基同志提出了其一生中最偉大的物理模型：齊奧爾科夫斯基火箭方程。這一理論的橫空出世，為近代火箭、導彈的工程實現提供了理論依據。齊奧爾科夫斯基因此被舉世公認為真正開拓宇宙航行理論的先驅者，甚至可以認為，沒有齊氏方程，就遑論航天二字。

 

齊奧爾科夫斯基方程紀念郵票

 

“齊奧爾科夫斯基方程”是航天器發射的基本方程。齊奧爾科夫斯基火箭方程的核心內容是：基于動量守恒原理，任何一個裝置，通過一個消耗自身質量的反方向推進系統，可以在原有運行速度上，產生并獲得加速度。通過公式可以表達為：v = u ln(mi/mf) 其中：“V”表示火箭運動的速度；“u”表示火箭燃料的燃燒產物從噴氣管噴出的速度；“mi”表示火箭起飛前的原始質量；“mf”表示燃料與氧化劑燃燒完之后的火箭最終質量。

這一公式表明，在外層空間，火箭的飛行速度是由發動機噴氣管噴出氣流的速度以及火箭的起始質量與發動機最終停止工作后火箭的質量比所決定的。

齊奧爾科夫斯基方程的建立經歷了漫長的過程，受凡爾納科幻小說的強烈吸引和喜好幻想的品質，他對升空飛行和太空旅行具有濃厚的興趣。在航空領域，他設計制造了俄羅斯第一臺風洞，最早提出了硬式飛艇思想。在航天飛行領域，齊奧爾科夫斯基一直在進行著研究和思索。

大約在1878－1879年，為了研究生物在飛行環境中的反應問題，他設計了一種研究加速度對生物體影響的裝置。1883年，他在一篇名為《自由空間》的手稿中，首次指出利用反作用裝置作為外太空旅行工具的推進動力的可能性。1896年，他開始從理論上研究星際航行的有關問題，進一步明確了只有火箭才能達到這個目的。1897年，齊奧爾科夫斯基推導出了著名的火箭運動方程式。他經過幾年潛心研究，于1898年完成了航天學經典論文《利用噴氣工具研究宇宙空間》。

 

齊奧爾科夫斯基

 

《利用噴氣工具研究宇宙空間》內容涉及到與火箭和航天飛行有關的各個方面問題。首先，作為科學研究和探測工具，齊奧爾科夫斯基分析了現有運輸裝置的不足。接著齊奧爾科夫斯基運用變質量運動理論，推導出了齊奧爾科夫斯基方程，他認為：決定火箭噴出氣流速度快慢的是火箭燃料燃燒的性質，燃燒后釋放熱量大的推進劑噴出的速度就大；而液體燃料的發熱量要比固體燃料（火藥）大，因此從流體燃料火箭發動機噴氣管中噴出的氣流速度要比固體燃料火箭發動機噴氣管中噴出的氣流速度大。

因此，他在人類科學史上首次提出了采用液體燃燒為火箭發動機的思想，并在他的這篇論文中繪出了世界上第一枚液體動力火箭的構造圖，從而為火箭的設計與發展開辟了一條嶄新的道路。在這個公式的基礎上，他又推導出了火箭要克服地球引力所要具備的最小速度，即第一宇宙速度為每秒8公里。

接著，他又于1910年，1911年，1912年，1914年在《航空報告》上發表了多篇火箭理論和太空飛行的論文，較系統地建立起了航天學理論基礎。

根據他發明的方程，齊奧爾科夫斯基設計出的火箭外形猶如一支雪茄煙，因為這樣的外形可以使火箭飛行時所受到的阻力最小。在火箭的前倉是宇航員的控制室；火箭的后倉則被分為兩個相互隔離的儲藏室，儲藏室中分別放置液態氫作為燃料與液態氧作助燃劑，這兩種物質在燒室內混合后就會燃燒起來，燃氣從喇叭形的噴氣管內高速噴出。為了更好地控制火箭的飛行方向，齊奧爾科夫斯基還在論文中提出了在星際空間高速航行的火箭操縱問題。他設想在火箭噴氣管的出口處安裝石墨舵，利用石墨舵在燃氣流中的轉動所引起燃氣流的偏轉來改變火箭的運動方向。

 

1929年齊奧爾科夫斯基提出多級火箭理論

 

從齊奧爾科夫斯基的這些設計中，我們可以看出雖然他的噴氣式火箭設計還相當原始，考慮也不夠周全，但這確實是現代火箭的雛形。在此之后，齊奧爾科夫斯基在火箭設計及宇宙航行領域中繼續深入研究。齊奧爾科夫斯基以為，必須設法提高火箭的原始質量與發動機終止工作后的最終質量之比，才能用現有的液體燃料使火箭達到應有的速度，但是實上，單級火箭增加質量比的可能性并不大，針對這個問題，齊奧爾科夫斯基在1929 年發表的《火箭列車》的論文中，首次提出了多級火箭的新穎構想。這樣就大大增加了火箭的質量比，使人類可以利用已經掌握的液體燃料實現飛往星際空間的美好愿望。在這篇論文中，齊奧爾科夫斯基提出了兩種多級火箭的方案。

齊奧爾科夫斯基對于多級火箭設計原理探討，是火箭技術研究過程中的一個巨大飛躍，火箭運動理論大致有了一個完整的框架后，齊奧爾科夫斯基又對星際航行問題進行了研究和展望。他設計并畫出了載人宇宙飛船的草圖，研究了載人宇宙飛行的種種問題，包括載人飛船內如何保持適宜的溫度、壓力、濕度等條件，飛船內空氣和水的凈化和重復使用問題，二氧化碳的吸收問題，利用綠色植物提供氧氣的問題，以及宇航員如何克服起飛時的高過載問題等等。

 

齊奧爾科夫斯基方程紀念郵票

 

齊奧爾科夫斯基為航天事業貢獻了畢生精力，除了發明了火箭航天的基本方程，他最先論證了利用火箭進行星際交通、制造人造地球衛星和近地軌道站的可能性，指出發展宇航和制造火箭的合理途徑，找到了火箭和液體發動機結構的一系列重要工程技術解決方案，同時他也是位多產的科學家，一生發表了580篇科學論文和科學幻想作品，這些著作是他在科學領域辛勤耕耘的見證，也是航天史的寶貴遺產。

1911年8月12日，齊奧爾科夫斯基曾寫下了這樣一段名言：“地球是人類的搖籃，但人類不可能永遠被束縛在搖籃里。它首先小心地探索大氣層的邊緣，然后將把控制和干預能力擴展到整個太陽系。”

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推動火箭的齊式方程

圖文簡介

俄國科學家齊奧爾科夫斯基同志提出了其一生中最偉大的物理模型：齊奧爾科夫斯基火箭方程。