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| 康斯坦丁·齊奧爾科夫斯基 | |
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| 出生 | 1857年09月05日 |
| 逝世 | 1935年09月19日 |
| 國籍 | 俄國 |
| 職業 | 科研工作者 |
| 研究領域 | 航天學 |
康斯坦丁·齊奧爾科夫斯基
康斯坦丁·埃杜阿爾多維奇·齊奧爾科夫斯基（1857年9月17日－1935年9月19日）是俄羅斯和蘇聯的火箭專家和宇航先驅。是現代宇宙航行學的奠基人，被稱為航天之父。他最先論證了利用火箭進行星際交通、製造人造地球衛星和近地軌道站的可能性，指出發展宇航和製造火箭的合理途徑，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。他有一句名言：「地球是人類的搖籃，但人類不可能永遠被束縛在搖籃里。
家庭背景
1857年，康斯坦丁·齊奧爾科夫斯基出生於莫斯科南部的梁贊州一個中產階級家庭，他的父親是波蘭人，母親是俄羅斯人。這個家有7個孩子，康斯坦丁是老五。對於雙親，康斯坦丁在晚年回憶說："父親總是那麼沉着冷靜，在熟人中間，他聰明善辯，而在官僚中間，他以赤色和令人難以容忍的正直聞名。"父親愛好建築，曾經帶領着幾個孩子一起造過樓房和宮殿的模型，還總是不停地告訴幾個兒子要多做體力活兒，要自立。母親則完全是另一種性格，她活潑、熱情，急躁的時候就用大嗓門說話，非常能幹。康斯坦丁認為，父親給了他堅強的意志，母親給了他才華和對事物的熱情。
因病輟學
童年的康斯坦丁活潑伶俐，愛讀書，喜歡思考問題，尤其是愛不着邊際地幻想。他說："小的時候，為了讓弟弟聽我的狂想，我甚至會付錢給他。我幻想過我有很大的體力，幻想我像貓一樣，順着繩子和竿子爬得很高，看得很遠。"由於家裡的條件不好，康斯坦丁不能到學校讀書，他受過的惟一正規的教育是在伊耶夫斯科的鄉村上過一些日子的村辦學校。但不幸的是，10歲的時候，他在滑雪的時候得了嚴重的感冒，導致猩紅熱，最終幾乎完全失去了聽覺。從那以後，康斯坦丁與外界幾乎隔絕了。康斯坦丁回憶說："我的耳朵近乎全聾，因此成了鄰近的兒童們嘲笑的對象。這個生理缺陷使我同人們疏遠了，但卻使我發奮讀書，用幻想來忘卻所有的煩惱。"受到傷害的自尊總要在其他方面尋求補充和滿足，康斯坦丁開始把自己幻想成一些偉大的、英雄式的人物。
航天學理論體系框架
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，他設計製造了俄羅斯第一颱風洞，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着研究和思索。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。他對這種火箭動力的定性解釋是，火箭運動的理論基礎是動量守衡定律。在這篇手稿中，他還分析了的沒有空氣和阻力的空間的運動，畫出了宇宙飛船的草圖，並且計劃採用陀螺裝置使飛船在飛行中保持穩定。有關太空飛行的思想在1893年發表的科幻小說《月球上》和1895年寫的《地月現象和萬有引力效應》中得到了進一步發展。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，於1898年完成了航天學經典論文《利用噴氣工具研究宇宙空間》，但這篇論文直到1903年才在莫斯科的《科學評論》雜誌上發表。接着，他又於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。 《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。接着齊奧爾科夫斯基運用變質量運動理論，推導出了火箭運動的基本方程，從而使火箭的理論更趨於完善。這個公式後來被命名為齊奧爾科夫斯基公式。在這個公式的基礎上，他又推導出了火箭在重力場中的運動方程式。這兩個簡單公式奠定了火箭運動的理論，具有重要的實際意義和理論價值。根據這兩個公式，齊奧爾科夫斯基建立了火箭質量比的概念，即火箭起飛前的質量與火箭燃料耗盡後的質量之比，並由此指出質量比的重要意義。他還首次提出了火箭推進劑比沖的概念，認為比沖越大，火箭性能越好。通過對一述公式的分析，齊奧爾科夫斯基得出了一些重要結論。齊奧爾科夫斯基由此還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。 火箭運動理論大致有了一個完整的框架後，齊奧爾科夫斯基又對星際航行問題進行了研究和展望。他設計並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，飛船內空氣和水的淨化和重複使用問題，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。他還研究了太空飛行對人類社會的重大影響以及人類的前景等問題。在1911年發表的《利用噴氣工具研究宇宙空間》下半部分中，齊奧爾科夫斯基詳細地描述了一艘載人宇宙飛船從發射到進入軌道的全過程，內容涉及飛船起飛時的壯觀景象，超重對宇航員的影響，失重效應以及人的感覺和飛船內物體的奇異表現，不同的高度看地球的迷人景觀，天空的景色等。人們讀來有如親臨宇宙飛船登天的感覺。
齊奧爾科夫斯基公式
在宇宙航行動力方面，早在1883年，康斯坦丁·齊奧爾科夫斯基就在《外層空間》一書中，發展了反作用推進理論，第一個從理論上證明，火箭能在空間真空環境工作。隨後他又在1903年出版的《火箭進入宇宙空間》一書中指出，燃料燒完後的火箭質量(Mo)越大，火箭的性能越好；發動機噴管排出的氣體的速度(W)越快，火箭的速度(V)越高。由此，他提出了宇宙航行理論中最重要、最基本的公式，即火箭公式V=WLn（Mo/Mk）,式中Mk為包括燃料在內的火箭質量。這個公式後來被稱為齊奧爾科夫斯基公式。
五個太空預言
- 摺疊式飛行器和鳥狀飛機
齊奧爾科夫斯基最早的發明設計之一是特殊結構的飛艇，該設想儘管當時並未實現，卻使這位自學成才的科學家受到了科學界重量級人物的關注。該發明的獨特之處在于飛行器外殼的製造材料：用金屬材料取代塗膠的布質材料，可以避免危險的化學反應，還能根據其構造改變飛行器的形狀。通過計算和試驗，齊奧爾科夫斯基得出結論：只有金屬材料製造的飛行器才能不僅滿足舒適性和安全性的要求，而且更節省成本。齊奧爾科夫斯基不斷在此方向進行探索並發明出了早于飛機出現幾十年的設計——帶有厚厚的弧形機翼的全金屬單翼飛機，他稱之為「鳥狀（航空）飛行器」。
- 反作用飛行
然而，讓這位科學家名垂青史的設想並非是在地球上飛行，而是飛往太空。在1883年以日記形式創作的作品《自由空間》中，齊奧爾科夫斯基化身為一名置身於不受阻力和吸引力限制的空間講解員。正是這部作品中首次提出了宇宙空間中反作用力是移動的唯一方法的理論。其隨後的作品《利用反作用儀器進行太空探索》用最簡單的力學定律對上述結論進行了論證。也是在這篇作品中，齊奧爾科夫斯基證實了火箭具有完成太空飛行的能力。
- 火箭列車
齊奧爾科夫斯基將「火箭列車」這一術語賦予了多級火箭的原型，即在地面啟動後飛入空中並進入宇宙太空的火箭組合。每級火箭燃料用完後將自動脫落並墜入地球。根據其計算，每級火箭的長度應為30米，直徑則為3米。按照齊奧爾科夫斯基的設想，建立此類「列車」不僅可以更快地實現人類進入太空的夢想，而且還能打開星際間交通的時代。
- 太空「電梯」
然而，對齊奧爾科夫斯基而言火箭並非離開地球的唯一方式。這位科學家首次提出使用一種無需火箭發射即可將貨物送至宇宙空間的方法。這一構造理論上需要使用一根由飛船延伸至行星表面的鋼索。如果這種方法未來得以實現，將可節省大量的資金，還能解決火箭發射帶來的生態環境破壞問題。
- 人在太空
齊奧爾科夫斯基是人類太空探索的堅定支持者。太空之旅的想法在其關於未來的概念中與人類完善的理論密不可分。該理論主張通過在地球上實現一定的協調後開始開發其他行星，從而形成更先進的人類物種分支。齊奧爾科夫斯基特別關注漫長的星際飛行中的生物醫學問題。正是他首次提出使用可保護人類免受外部因素影響的防護服即宇航服原型的概念。他還在科幻小說《在地球之外》中論證了太空移民的想法，提出人造重力旋轉裝置的規劃。根據該設想，裝置中將能容納工業和農業生產，甚至能開發出整座移民城市。目前，該設想在環形太空移民計劃（俗稱「環形城市」）中得以體現，斯坦福大學的科學家正在開發該計劃。