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人类对宇宙的探索从来都没停止过。从19世纪末到20世纪中叶，在前人理论研究的基础上，科学家们开始勇敢地进行实践探索，并取得了一定的成果。其中火箭飞行原理研究和火箭制造理论的研究，使人类的飞天理论渐趋成熟，为人类进行飞天实践打下了坚实的基础。
1883年，俄罗斯科学家康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基（1857—1935）在《自由空间》论文中深入阐述火箭飞行理论，提出宇宙飞船的运动必须利用喷气推进原理，并画出了飞船的草图。
图2.11 火箭之父——齐奥尔科夫斯基
1896年，齐奥尔科夫斯基开始系统地研究喷气飞行器的运动原理，并画出了星际火箭的示意图。1903年，他发表了《利用喷气工具研究宇宙空间》的论文，深入论证了喷气工具用于星际航行的可行性，其中通过计算证明了只有用多级火箭才能飞出地球，首创采用煤油和液态氧等液体燃料代替固体燃料作为火箭推进剂的设计思想，论证了火箭采取流线型的必要性，并画出了火箭结构示意图。他说明了火箭在星际空间飞行和从地面起飞的条件，提出为实现飞往其他行星的设想，必须设置地球卫星式的中间站。从而推导出发射火箭必须遵循的“齐奥尔科夫斯基公式”，他因此被尊为“火箭之父”。
1917年后，齐奥尔科夫斯基发表了关于多级火箭的论文《太空火箭列车》，研究了喷气式飞机的飞行原理，提出了燃气涡轮发动机的新方案，及飞行器在行星表面着陆的理论。1929年提出了多级火箭构造设想。这一富有创见的构想，为研制克服地球引力的运载工具，提供了依据。
图2.12 齐奥尔科夫斯基1903年设想的飞船模型
齐奥尔科夫斯基是认识到环绕地球轨道飞行的地球卫星和空间站可能实现的第一人。他预言：“地球是人类的摇篮。人类决不会永远躺在这个摇篮里，而会不断探索新的天体和空间。人类首先将小心翼翼地穿过大气层，然后再去征服太阳空间。”这句话后来铭刻在他的墓碑上。
19世纪60年代，俄罗斯有一位小男孩不幸得了猩红热，留下耳聋的后遗症。从此，他无法上学，甚至连小朋友们的游戏也无法参加了。然而，他并不孤独。他蹲在家里，开动脑筋，给自己制作玩具。父母和亲友见他小小年纪，用那一双灵巧的手，制出许多精美的自动玩具。他爱读书爱学习，经常在父亲书房里如饥似渴地阅读着科技书籍。有一次他竟然根据书上一幅简单的插图，制出了一架可以测量森林的古代观象仪。
这个好奇的小男孩就是后来被誉为“火箭之父”和“航天天文学之父”的齐奥尔科夫斯基。他不但创立了惊人的航天科学理论，还写了出色的科幻小说——《太空漫游》《宇宙的召唤》《地球之外》等，这些书描绘了对航天活动的设想和想象。
其中《地球之外》写得非常有趣，它写的是2017年发生的事。20名不同国籍的科学家和工匠乘坐他们自己建造的火箭飞船飞出大气层，进入环绕地球的轨道，处于有趣的失重状态。他们建成了大温室，种出了足够食用的蔬菜水果。他们穿上宇宙飞行衣从飞船里出来，在太空中飘游。然后，飞船又飞向月球，其中的两个人乘一辆四轮车在月球表面着陆，考察一番之后又点燃火箭离去，与在环绕月球的轨道上等候的母船会合。受到这批先驱鼓舞，地球上的人们也大量转移到外层空间，住进环绕地球轨道上的温室住宅。而那20名探险家则继续飞到了火星附近，途中曾在一颗无名小行星上降落。就这样过了许多年，最后，他们成功地返回了地球，重新住进了建在喜马拉雅山上的科学城堡。
齐奥尔科夫斯基最大的贡献在于提出现代航天理论。他充分论证了人类飞向太空的可能性，为航天事业的飞天之路打下了坚实的基础。
随着科技的发展，火箭和航天理论的进一步成熟，火箭制造已进入炙手可热的实践阶段。
赫尔曼·奥伯特（1894—1989）是德国的火箭专家，现代航天学奠基人之一。1923年，奥伯特在他早期的航天科学经典论文《飞往星际空间的火箭》中，论述了空间火箭点火的理论公式和火箭脱离地球引力的方法和要达到的速度，系统论述了研制液体火箭、发射人造卫星和建立空间站等现代航天思想，对早期火箭技术的发展和航天先驱者有较大影响。
图2.13 赫尔曼·奥伯特
图2.14 1942年10月3日，V-2导弹发射成功
奥伯特在继续对火箭理论进行研究的基础上，于1929年发表了第二部航天著作《通向宇宙空间飞行之路》。他在书中不仅详细阐述了载人飞船及其发射飞行原理，还预见到电推进火箭和离子火箭的发展。
奥伯特的主要贡献是理论上的，他建立了下列条件之间的理论关系：燃料消耗、燃气消耗速度、火箭速度、发射阶段重力作用、飞行延续时间和飞行距离等。这些关系对于火箭的设计是最基本的因素。作为一个理论家，奥伯特影响了整整一代工程师。在20世纪二三十年代，他把欧洲大部分火箭研究者团结在自己周围，并与他们一起从事火箭研制和发射的实践，取得了许多重要成果。他的《飞往星际空间的火箭》和《通向宇宙空间飞行之路》等著作，至今仍然被认为是宇宙航行的经典理论。
赫尔曼·奥伯特的火箭理论，把火箭制作推入实践阶段，让世界航天事业进入了飞速发展时代。
齐奥尔科夫斯基和赫尔曼·奥伯特这两位科学家虽然进行的都是理论研究，但他们的研究就像强劲的纽带一样，为后人的实践提供了精准的理论依据，使人类的航天事业水到渠成地步入实践阶段；他们的研究成果像催化剂一样，推动着航天事业的飞速发展。
奥伯特12岁时，受凡尔纳科幻小说《从地球到月球》的影响，迷上了星际旅行。1913年他在慕尼黑学医学，在第一次世界大战期间中断了学业。
从1919年开始，奥伯特认真钻研物理，他阅读了所有他能找到的关于火箭和宇宙航行的著作，其中包括齐奥尔科夫斯基的著作。1922年他向海德堡大学提交了题为《飞往星际空间的火箭》的论文。虽然有粗糙的科学数据来显示其可能性，但论文被断定是不切实际的。
从1924年到1938年，奥伯特在特兰西瓦亚的一所中学里教数学和物理，但他对火箭的兴趣没有丝毫减退。当时有一部电影《月宫女郎》需要一架火箭，为此导演找到奥伯特，希望他能制作一个。虽然这个计划最终没有完成，但它却激发起了一批天才人物的想象力。1927年，一批热情的支持者成立了星际航行协会。
奥伯特虽然没有直接参与发展后来的A-4火箭发动机，也就是著名的V-2导弹，但A-4火箭却完全是以他的理论框架为基础的。战后，奥伯特留在德国，并回到他的家乡住了一段时间。1951年，他离开德国到美国与布劳恩合作，共同为美国空间规划努力。这期间他写了两本书，一本是对10年内火箭发展的可能性作展望，另一本谈到了人类登月往返的可能性。1960年奥伯特退休后回到德国，大部分时间用来思考哲学问题，这也许是许多德国科学家的习惯。奥伯特于1989年12月去世，享年95岁。