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齐奥尔科夫斯基把火箭学变成了一门科学，并用严格的数学思维来指导，从而准确地预测和研究火箭的运动方式。因为齐奥尔科夫斯基的研究，火箭从一种粗制滥造的武器变成了一种伟大的交通工具，最终将人类送上了灿烂的太空。
也许齐奥尔科夫斯基最大的贡献是1903年发表的齐奥尔科夫斯基火箭方程。该公式表明，火箭所能获得的速度增量与其初始质量（燃料满载）、空载质量（燃料耗尽）和发动机的排气速度有关。火箭燃烧的全部燃料所产生的速度总增量称为△ v —— v 代表速度，△是“增量”的数学符号。
齐奥尔科夫斯基基于伟大的英国物理学家艾萨克·牛顿爵士（Sir Isaac Newton）的研究，得出了他的方程。牛顿提出了三大简洁的定律来描述运动物体的行为。第一定律的内容是，除非受到外力的作用，否则物体将保持静止或匀速运动状态。第二定律提出，如果物体的质量为 m ，并受到一个外力 F 的作用，那么它将以加速度 a 运动，得出 F = ma 。但齐奥尔科夫斯基最感兴趣的是牛顿第三定律，每一个作用力都有一个大小相等、方向相反的反作用力。比如当你坐在椅子上，椅子会产生一个向上的反作用力，以防止你摔到地板上。
同理，当你开枪时，枪会反冲你的肩膀——因为一种力推动子弹向前的同时，另一种与其大小相同方向相反的力则将枪身向后推向你。牛顿第二定律阐释了为什么在同样的力的作用下，小子弹以极快的速度射出，而重得多的枪却以相对缓慢的速度向后退去。同样，火箭排出的废气质量很低，但却从发动机中高速排出，使得质量相对较大的火箭逐渐向反方向加速。
我只是有自己的态度。我是来完成任务的，我知道我有能力做到，这就是我的重点所在。
——安妮·伊斯利（Annie Easley）
NASA科学家