康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基查看源代码讨论查看历史
| 康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基 | |
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| 出生 | 1857年09月05日 |
| 逝世 | 1935年09月19日 |
| 国籍 | 俄国 |
| 职业 | 科研工作者 |
| 研究领域 | 航天学 |
康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基
康斯坦丁·埃杜阿尔多维奇·齐奥尔科夫斯基（1857年9月17日－1935年9月19日）是俄罗斯和苏联的火箭专家和宇航先驱。是现代宇宙航行学的奠基人，被称为航天之父。他最先论证了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，指出发展宇航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。他有一句名言：“地球是人类的摇篮，但人类不可能永远被束缚在摇篮里。
家庭背景
1857年，康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基出生于莫斯科南部的梁赞州一个中产阶级家庭，他的父亲是波兰人，母亲是俄罗斯人。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。
因病辍学
童年的康斯坦丁活泼伶俐，爱读书，喜欢思考问题，尤其是爱不着边际地幻想。他说："小的时候，为了让弟弟听我的狂想，我甚至会付钱给他。我幻想过我有很大的体力，幻想我像猫一样，顺着绳子和竿子爬得很高，看得很远。"由于家里的条件不好，康斯坦丁不能到学校读书，他受过的惟一正规的教育是在伊耶夫斯科的乡村上过一些日子的村办学校。但不幸的是，10岁的时候，他在滑雪的时候得了严重的感冒，导致猩红热，最终几乎完全失去了听觉。从那以后，康斯坦丁与外界几乎隔绝了。康斯坦丁回忆说："我的耳朵近乎全聋，因此成了邻近的儿童们嘲笑的对象。这个生理缺陷使我同人们疏远了，但却使我发奋读书，用幻想来忘却所有的烦恼。"受到伤害的自尊总要在其他方面寻求补充和满足，康斯坦丁开始把自己幻想成一些伟大的、英雄式的人物。
航天学理论体系框架
受凡尔纳科幻小说的强烈吸引和喜好幻想的品质，他对升空飞行和太空旅行具有浓厚的兴趣。在航空领域，他设计制造了俄罗斯第一台风洞，最早提出了硬式飞艇思想。在航天飞行领域，齐奥尔科夫斯基一直在进行着研究和思索。大约在1878－1879年，为了研究生物在飞行环境中的反应问题，他设计了一种研究加速度对生物体影响的装置。1883年，他在一篇名为《自由空间》的手稿中，首次指出利用反作用装置作为外太空旅行工具的推进动力的可能性。他对这种火箭动力的定性解释是，火箭运动的理论基础是动量守衡定律。在这篇手稿中，他还分析了的没有空气和阻力的空间的运动，画出了宇宙飞船的草图，并且计划采用陀螺装置使飞船在飞行中保持稳定。有关太空飞行的思想在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，齐奥尔科夫斯基推导出了著名的火箭运动方程式。他经过几年潜心研究，于1898年完成了航天学经典论文《利用喷气工具研究宇宙空间》，但这篇论文直到1903年才在莫斯科的《科学评论》杂志上发表。接着，他又于1910年，1911年，1912年，1914年在《航空报告》上发表了多篇火箭理论和太空飞行的论文，较系统地建立起了航天学理论基础。 《利用喷气工具研究宇宙空间》内容涉及到与火箭和航天飞行有关的各个方面问题。首先，作为科学研究和探测工具，齐奥尔科夫斯基分析了现有运输装置的不足。接着齐奥尔科夫斯基运用变质量运动理论，推导出了火箭运动的基本方程，从而使火箭的理论更趋于完善。这个公式后来被命名为齐奥尔科夫斯基公式。在这个公式的基础上，他又推导出了火箭在重力场中的运动方程式。这两个简单公式奠定了火箭运动的理论，具有重要的实际意义和理论价值。根据这两个公式，齐奥尔科夫斯基建立了火箭质量比的概念，即火箭起飞前的质量与火箭燃料耗尽后的质量之比，并由此指出质量比的重要意义。他还首次提出了火箭推进剂比冲的概念，认为比冲越大，火箭性能越好。通过对一述公式的分析，齐奥尔科夫斯基得出了一些重要结论。齐奥尔科夫斯基由此还推导出了火箭要克服地球引力所要具备的最小速度即第一宇宙速度为每秒8公里。 火箭运动理论大致有了一个完整的框架后，齐奥尔科夫斯基又对星际航行问题进行了研究和展望。他设计并画出了载人宇宙飞船的草图，研究了载人宇宙飞行的种种问题，包括载人飞船内如何保持适宜的温度、压力、湿度等条件，飞船内空气和水的净化和重复使用问题，二氧化碳的吸收问题，利用绿色植物提供氧气的问题，以及宇航员如何克服起飞时的高过载问题等等。他还研究了太空飞行对人类社会的重大影响以及人类的前景等问题。在1911年发表的《利用喷气工具研究宇宙空间》下半部分中，齐奥尔科夫斯基详细地描述了一艘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，超重对宇航员的影响，失重效应以及人的感觉和飞船内物体的奇异表现，不同的高度看地球的迷人景观，天空的景色等。人们读来有如亲临宇宙飞船登天的感觉。
齐奥尔科夫斯基公式
在宇宙航行动力方面，早在1883年，康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基就在《外层空间》一书中，发展了反作用推进理论，第一个从理论上证明，火箭能在空间真空环境工作。随后他又在1903年出版的《火箭进入宇宙空间》一书中指出，燃料烧完后的火箭质量(Mo)越大，火箭的性能越好；发动机喷管排出的气体的速度(W)越快，火箭的速度(V)越高。由此，他提出了宇宙航行理论中最重要、最基本的公式，即火箭公式V=WLn（Mo/Mk）,式中Mk为包括燃料在内的火箭质量。这个公式后来被称为齐奥尔科夫斯基公式。
五个太空预言
- 折叠式飞行器和鸟状飞机
齐奥尔科夫斯基最早的发明设计之一是特殊结构的飞艇，该设想尽管当时并未实现，却使这位自学成才的科学家受到了科学界重量级人物的关注。该发明的独特之处在于飞行器外壳的制造材料：用金属材料取代涂胶的布质材料，可以避免危险的化学反应，还能根据其构造改变飞行器的形状。通过计算和试验，齐奥尔科夫斯基得出结论：只有金属材料制造的飞行器才能不仅满足舒适性和安全性的要求，而且更节省成本。齐奥尔科夫斯基不断在此方向进行探索并发明出了早于飞机出现几十年的设计——带有厚厚的弧形机翼的全金属单翼飞机，他称之为“鸟状（航空）飞行器”。
- 反作用飞行
然而，让这位科学家名垂青史的设想并非是在地球上飞行，而是飞往太空。在1883年以日记形式创作的作品《自由空间》中，齐奥尔科夫斯基化身为一名置身于不受阻力和吸引力限制的空间讲解员。正是这部作品中首次提出了宇宙空间中反作用力是移动的唯一方法的理论。其随后的作品《利用反作用仪器进行太空探索》用最简单的力学定律对上述结论进行了论证。也是在这篇作品中，齐奥尔科夫斯基证实了火箭具有完成太空飞行的能力。
- 火箭列车
齐奥尔科夫斯基将“火箭列车”这一术语赋予了多级火箭的原型，即在地面启动后飞入空中并进入宇宙太空的火箭组合。每级火箭燃料用完后将自动脱落并坠入地球。根据其计算，每级火箭的长度应为30米，直径则为3米。按照齐奥尔科夫斯基的设想，建立此类“列车”不仅可以更快地实现人类进入太空的梦想，而且还能打开星际间交通的时代。
- 太空“电梯”
然而，对齐奥尔科夫斯基而言火箭并非离开地球的唯一方式。这位科学家首次提出使用一种无需火箭发射即可将货物送至宇宙空间的方法。这一构造理论上需要使用一根由飞船延伸至行星表面的钢索。如果这种方法未来得以实现，将可节省大量的资金，还能解决火箭发射带来的生态环境破坏问题。
- 人在太空
齐奥尔科夫斯基是人类太空探索的坚定支持者。太空之旅的想法在其关于未来的概念中与人类完善的理论密不可分。该理论主张通过在地球上实现一定的协调后开始开发其他行星，从而形成更先进的人类物种分支。齐奥尔科夫斯基特别关注漫长的星际飞行中的生物医学问题。正是他首次提出使用可保护人类免受外部因素影响的防护服即宇航服原型的概念。他还在科幻小说《在地球之外》中论证了太空移民的想法，提出人造重力旋转装置的规划。根据该设想，装置中将能容纳工业和农业生产，甚至能开发出整座移民城市。目前，该设想在环形太空移民计划（俗称“环形城市”）中得以体现，斯坦福大学的科学家正在开发该计划。