齐奥尔科夫斯基(齐奥尔科夫斯基——宇宙航行之父)

齐奥尔科夫斯基

在人类航天历史上,有三位科学家的名字将被永远铭记,他们是:苏联的康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基、美国的罗伯特·戈达德和德国的赫尔曼·奥伯特。下面是为大家整理的宇宙航行之父齐奥尔科夫斯基的简介,希望大家喜欢!

1957年10月4日,苏联塔斯社向全世界播发了如下声明:“两个小时以前,从苏联领土上成功地发射了世界第一颗人造地球卫星……运载火箭使卫星具有大约每秒2.5万英尺的速度。”一时之间,举世震惊!这是一个永远值得铭记的历史时刻。当然,我们更不应该忘记创造这一历史时刻的无数幕后英雄。其中,就包括齐奥尔科夫斯基。
齐奥尔科夫斯基是著名的航天之父,他的贡献在于他最早论证用火箭能够实现一些星际间的沟通等功能。除此之外,他对人造卫星和近地轨道等等也有许多开创性和前瞻性的见解。
作为俄国航天第一人,齐奥尔科夫斯基科学地论证了制造航天器和人造卫星的合理性,也进一步预测出人类未来会大力发展火箭事业和宇宙航天事业等等,还为这一理论的实现研发出了火箭以及液体发动机等等航天器材工作的原理和方法,解决了一些重要的技术性难题。齐奥尔科夫斯基也曾经扬言人们不可能一直被局限在地球这个摇篮中。

1857年9月17日,齐奥尔科夫斯基出生在俄国伊诺夫斯克林区依热夫村一个护林工人家庭。伊诺夫斯克林区是个大林区,在方圆数百平方千米的土地上,遍布着各种各样的树木花草和飞禽走兽。这里没有人类文明的喧嚣和繁华,有的是大自然最纯真的静谧与和谐。齐奥尔科夫斯基的童年和少年时代就是在这儿度过的。
然而,10岁那年,在一次滑雪橇时,他不小心患上了严重的感冒,随之又染上了猩红热,持续几天的高烧引起了严重的并发症,疾病损坏了他的耳膜,使他几乎完全失去了听觉,成了个聋子。他受不了这样的打击,而且学校中不懂事的孩子们的讥笑与捉弄,以及上课无法听讲的痛苦,更使他难以承受。他含着泪离开了学校,从此再也没有回去过。那一年,他才刚刚读小学三年级。
妈妈心痛地抚慰他:“孩子!要有志气,学校去不成了,今后只有靠自己努力了!”年幼的他开始走上了艰辛的自学之路。在没有人系统指导的情况下,他往往为了一 个问题冥思苦想好几天。由于无法与他人交流,他只能拼命阅读书本。从小学课本、中学课本一直到大学课本,从物理、化学、微积分、解析几何到天文学等教材、专著,他几乎看了个遍,学了个透。为了巩固并验证自己所学到的知识,他还进行了多种多样的实践活动。从制作各种玩具,到画天文星象图、自动马车和火车头的草图,到制造旋床、观象仪、用蒸汽推动的小汽车、纸气球和各种机器模型,样样他都认真地琢磨。
1873年,齐奥尔科夫斯基来到莫斯科求学,一呆就是4年。他住的是最便宜的阁楼,吃的是凉水加面包,而想的却只是多掌握些知识。莫斯科市中心,有一座历史悠久的博物院,博物院内有一个藏书丰富的公共图书馆。这里就是齐奥尔科夫斯基四年如一日的自修场所。从来没有读过中学和大学的他,在没有任何人指导的情况下,凭借着惊人的毅力和勤奋的学习,克服重重苦难,成长为一个学识渊博的学者。
1878年,他通过资格考试,担任了波罗伏斯克县一所中学的数学和物理学教师。1917年,俄国十月社会主义革命爆发了。1920年,列宁下令支持齐奥尔科夫斯基的研究工作。不久,苏俄社会主义科学院成立,齐奥尔科夫斯基光荣地成为第一批正式研究员。

齐奥尔科夫斯基对升空飞行和太空旅行具有浓厚的兴趣,这是由于受凡尔纳科幻小说的强烈吸引和他喜好幻想的品质。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。

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,他还分析了在没有空气和阻力的空间中的运动,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。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。通过对这些公式的分析,齐奥尔科夫斯基得出了一些重要结论。他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,约为每秒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。

齐奥尔科夫斯基是现代航天学和火箭理论的奠基人。他的著作构成了一个相当完整的航天学理论体系,其中许多研究成果在航天史属于第一:
首次明确提出液体火箭是实现星际航行的理想工具;
首次较全面地研究了各种不同的液体推进剂,并提出液氢液氧是最佳的火箭推进剂;
首次推出火箭在真空中运动的关系式,并计算出火箭的逃逸速度;
首次提出了火箭质量比的概念,并阐述了质量比的重要性;
首次画出了完整的宇宙飞船的设计草图;
首次提出了液体火箭推进剂的泵输送方法;
首次提出了火箭发动机燃烧室的再生冷却方法;
首次提出利用陀螺仪实现宇宙飞船的方向控制;
首次研究了失重对生物和人的影响,并提出了减轻失重和超重不利影响的措施;
首次开展了失重和超重对小动物影响的试验;
首次提出利用植物改善舱内环境和提供宇航员食物的措施;
首次提出多级火箭的设计思想;
首次研究了火箭在大气层中运行时的空气动力加热问题;
首次提出空间站和太空生物圈设想;
首次提出利用太阳光压推进宇宙飞船的思想;
首次提出太空移民思想。

除此之外,齐奥尔科夫斯基在100多年前便提出了五大预言,有些已经实现,有些还尚未实现。
首先第一个预言便是航空器的外壳材料应该用金属材料而并非涂胶的布制材料。因为金属材料更安全和舒适,也可避免化学反应,必要时,也更方便改变其外形。
第二个预言是提出反作用飞行,也就是说,反作用力是移动的唯一方法途径。
第三个齐奥尔科夫斯基的预言是提出“火箭列车”的构想,他指出,若想飞入太空,必须利用多级的火箭,每节火箭的燃料用完后便自行脱落,接着燃烧下节火箭的燃料。以此类推。
第四个预言是可以建造一个从飞船一直到星球的钢索,由此,便可以不再利用火箭来飞向太空了。但这个预言还尚未实现,只是存在于理论上,但若是实现的话,不仅可以节省燃料和资金,还可以保护生态环境。
第五个预言是“太空移民”,齐奥尔科夫斯基提出了一种人造重力旋转装置,利用此装置,可进行工农业的生产,甚至能开发出整个移民城市。现在,斯坦福大学的科学家正在开发该计划。即环形太空移民计划。齐奥尔科夫斯基预言使得宇航事业发展到了一个新的领域,人们从这些预言中获益匪浅。

由于他的巨大贡献,1932年,苏联政府授予他劳动红旗勋章。逝世后,苏联政府给予了他更多的荣誉:1954年,苏联科学院设立了齐奥尔科夫斯基金质奖章;政府为他建立了纪念像,并在卡卢加市建立了齐奥尔科夫斯基博物馆。他被誉为”俄罗斯航天之父”、世界上最伟大的航天先驱者。与美国的罗伯特·戈达德和德国的赫尔曼·奥伯特在人类航天历史上将被永远铭记。他有这样一句名言:“地球是人类的摇篮,人类绝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。”它的预言已经开始逐步实现,他为航空航天科学的发展贡献了毕生的精力,做出了卓越贡献,被誉为“宇航天文学之父”。

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