现代火箭先驱
齐奥尔科夫斯基（1857—1935年）是现代火箭理论的奠基人。他出生于俄罗斯梁赞省的一个小镇，取名康斯坦丁。他的父亲是一位林业职员，平时喜好发明，但没有取得很大的成就。母亲出生于艺术家庭，他们家境贫寒。齐奥尔科夫斯基曾经在家乡的乡村学校里学习，不幸的是，他10岁时因患猩红热失去了听力，不得不离开了学校。但是，齐奥尔科夫斯基没有放弃学业，他靠借来的几本书一直顽强地坚持自学，跟随学业。几年以后，他已经掌握了许多数学、物理和天文学知识。严重的疾病没有把他打垮，他反而在与疾病的斗争中养成了顽强的性格和坚强的毅力。
16岁的时候，父亲送齐奥尔科夫斯基到莫斯科去求学，虽然他仍无像普通人一样在学校里学习，但莫斯科的学习环境比乡下好得多。在莫斯科的3年多时间里，他几乎完全是在图书馆里度过的。在自学的过程中，他阅读了法国作家凡尔纳的科学幻想小说，他被小说中描述的太空航行的内容深深吸引了。从此，他对人类飞行和航天产生了浓厚的兴趣。他曾经说：“我也曾经在很长时间内和其他人一样，认为火箭不过是一种少有用途的玩具。我也很难准确回忆起我是怎样开始计算有关火箭的问题。对我来说，第一颗太空飞行思想的种子是由著名的儒勒·凡尔纳的幻想小说播下的，它们使我在头脑里形成了确定的方向。我开始把它作为一种严肃的活动。”此后，他开始以科学的态度关注这个领域的问题和广泛学习有关的科学理论。
刻苦的自学使齐奥尔科夫斯基获得了大量的科学知识，1978年，21岁时，他顺利地通过了中学教师资格考试，被分配到一所县里的中学教书。齐奥尔科夫斯基的自学获得了社会的承认，他为自己赢得的这份工作感到骄傲。工作虽然清苦，但他有了基本的生活保证，为他进一步学习和试验创造了条件。齐奥尔科夫斯基在教学之余没有放弃学习和研究，先后在气体理论、光学特别是光速测量、生物力学等方面取得成果。他把这些成果写成论文送交彼得堡物理和化学学会，受到著名科学家门捷列夫等人的赞扬，后被吸收为俄罗斯物理化学学会会员。这样，齐奥尔科夫斯基就不再是孤立和默默无闻的了，他和许多学会会员有了接触和交流，他曾经应邀为莫斯科自然科学爱好者学会作演讲，他报告了欧洲刚刚出现的飞艇的试验和理论进展情况，他本人关于人类飞行的奇特大胆的思想，引起听众极大的兴趣。
将近40岁时，齐奥尔科夫斯基开始深入研究火箭的飞行理论。他认识到，像飞艇或飞机这类大型的工程问题，靠个人在业余时间进行摸索，很难得到有实际意义的成果。这时，早期太空飞行的思想又回到了他的思考中，而且越来越强烈，逐渐成为他的主要研究方向，火箭理论研究开始获得突破。他以作教师的微薄收入，维持着清贫的生活，艰难地将研究工作逐步推向深入。
1903年，齐奥尔科夫斯基发表了著名论文《乘火箭飞船探索宇宙》，提出了现代火箭飞行的基本理论。以后，他又发表了一系列论文和著作。在40余年的研究中，齐奥尔科夫斯基奠定了现代火箭理论，取得了一系列成果：
首先，他说明只有火箭才能达到星际旅行的目的。齐奥尔科夫斯基首先研究太空飞行的运载工具。他分析了现有运载装置的不足。他指出，到那时为止，小型不载人并能携带自动科学仪器的气球不可能到达22千米高。为了进一步增加高度，由于高空大气密度急剧降低，制造飞得更高的气球有几乎不可克服的技术上的困难。当时已有大炮炮弹的初速度很难达到1．2千米每秒，在这样的条件下，炮弹大约只能飞到75千米高。由于炮弹加速是在炮筒里进行，炮弹加速的距离和时间都很短，因此加速过快。落地时又容易受到撞击，因此利用炮弹作为工具携带科学仪器飞行的方式也不可靠。他说：“我建议利用反作用机械研究高空大气，我所指的反作用机械就是火箭。”
他认为，在宇宙空间没有空气的情况下，唯一能使用的运载工具是火箭。他导出了火箭运动的基本方程，对20世纪火箭技术的发展有重要的实际意义和理论价值。
其次，他提出液体火箭的设想。由他导出了火箭运动方程，其结论是，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8千米每秒。他认为，当时已有的各种火箭是不能达到这个速度的。以往的火箭发电机都是使用固体推进剂即“火药”来推动的，所以称为固体火箭。固体火箭结构简单，制作方便，装入火药之后可以长时间存放，随时可以点火。但是，当时的固体火箭点燃后燃烧时间短，一旦点燃便无法中途停止，燃烧的快慢程度无法控制，发射时火箭的震动过大，因此，齐奥尔科夫斯基认为，当时的固体火箭不适宜用作发射载人的飞行器。
齐奥尔科夫斯基研究了各种可用的燃料，根据计算，他提出液氢和液氧是火箭发动机最理想的推进剂，这种组合提供的能量最大。他还具体考虑了液体火箭发动机的冷却、推进剂的输送方式和火箭的飞行控制等问题。
第三，齐奥尔科夫斯基提出多级火箭的理论。1919年，齐奥尔科夫斯基发表关于多级火箭的论文《太空火箭列车》。他在文章中说：“所谓火箭列车，我指的是把几枚火箭纵向串联起来，有的在空气中工作，最后的几级进入行星际和恒星际空间。但只有最后一级能够到达宇宙空间，其他各级由于速度不够而返回地球。单级火箭如果要达到宇宙速度，它必须携带大量燃料。因此，为了达到第一宇宙速度，燃料的重量至少是火箭结构重量的4倍……而火箭列车可以达到很高的速度，同时也能把燃料的携带比率限制在可以实现的范围之内。”齐奥尔科夫斯基计算了一定喷气速度对应的多级火箭达到的最大速度。例如，如果喷气速度为3千米每秒，那么7-8级的火箭才能达到宇宙速度，最后一级将成为一颗人造卫星。
第四，他的研究工作还涉及航天的其他方面。他设计并画出了载人宇宙飞船的草图。他还研究了载人飞船如何保持适宜的温度、压力、湿度条件，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，以及宇航员如何克服起飞时的超重问题。他还探讨了太空飞行对人类社会的重大影响和人类的前景等问题。
齐奥尔科夫斯基发表了多部有关太空飞行的科学幻想小说。他曾经详细描述过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、失重状态下宇航员的感觉和飞船内物体的奇异运动情况、从不同高度看地球的迷人景观等等。人们读来犹如亲临宇宙飞船登天遨游的感觉。齐奥尔科夫斯基在另一部太空飞行科学幻想小说中，描述了发生在21世纪初的一次太空飞行。当时，地球上没有战争，和平相处的世界各国人民协力进行宇宙开发，他们制造了一艘长100米、直径40米的“火箭宇宙船”，飞船于2017年1月1日出发，进入环绕地球轨道后便处于失重状态中，20名宇航员在船中漂浮着。他们穿着像潜水服一样的衣服到船舱外进行“宇宙游泳”，他们使用喷气的“宇宙枪”使身体移动，他们用金属和玻璃在宇宙空间组装成巨大的温室，种植各种供食用的植物。随后有2人乘着有4个轮子的月面着陆船，在月球登陆，其余的人等待接应他们，月球探险结束后，两人启动火箭离开月球，与大家会合。飞船走了很远、很远，最后使火箭逆向喷火，返回了地球。齐奥尔科夫斯基的描述，依据了他的大量科学研究结果，因此能够令读者信服。他的丰富的想像力和生动的描述，以及他对人类航天未来的信心和美好愿望，深深地感染了读者，激起了读者对太空飞行的巨大兴趣，使更多的人了解了有关航天的知识，也促使更多的人投入太空飞行的理论研究与实践尝试。
在沙皇时代，齐奥尔科夫斯基的研究工作没有引起人们的注意，他穷困潦倒，没有条件去实现他的理想，甚至还有人把他当成疯子。但是，齐奥尔科夫斯基没有放弃研究工作，他始终抱着实现人类太空飞行的远大理想，并为这一理想的实现进行探索。虽然他个人的研究条件十分有限，但他设想的人类飞行计划却是十分宏伟的，他的胸怀和胆识令后人敬佩。十月革命以后，齐奥尔科夫斯基的工作得到前苏联政府的鼓励。1924年，前苏联政府组织人力认真考察了他已经发表过的论文，并重印了他1903年的论文。此后，在前苏联出现了专门研究火箭和太空飞行的组织，齐奥尔科夫斯基应邀成为这些组织科学上的指导者。
齐奥尔科夫斯基是一位多产的科学家，一生发表了580篇科学论文和科学幻想作品。在他晚年写作并在死后发表的《太空火箭工作：1903—1927年》文章中，他系统总结了他的研究工作，并预言了航天未来的可能发展阶段。这些阶段包括：火箭汽车、火箭飞机、人造卫星、载人飞船、空间工厂、空间基地、太阳能的充分利用、外太空旅行、行星基地、恒星际飞行等。1911年，齐奥尔科夫斯基在给《航空评论》杂志编辑的信中，写下了一段名言：“地球是人类的摇篮，但人类不可能永远被束缚在摇篮里。它首先小心地探索大气层的边缘，然后将把控制和干预能力扩展到太阳系。”今天齐奥尔科夫斯基的大部分预言已经变成了现实。
液体火箭研究热潮
齐奥尔科夫斯基提出液体火箭设想以后，只进行了有关的理论研究，由于条件限制，他没有能够进行技术试验。直到20世纪20年代初，美国发明家戈达德（1882—1945年）首先进行液体火箭研制，并且试飞成功。受到火箭先驱者们研究工作的影响，在欧洲和美国等许多国家，一些青年人自发地组织起来，成立了有关火箭研究和太空飞行的研究协会，很快在世界范围内，出现了液体火箭研究热潮，十几年后液体火箭技术便进入了实用化发展阶段。
戈达德的液体火箭研究
1882年，戈达德出生在美国的一个新英格兰后裔家庭，他的父亲思想开明，善于接受新事物，并且具有创造才能。他们家很早就安装了电灯，并购买了当时还算是奢侈品的留声机。这两件东西几乎使年幼的戈达德着了迷。
对未知世界的强烈好奇心使戈达德在学习上刻苦努力。他喜欢追求新奇的东西，一直热衷于阅读科学幻想小说，凡尔纳的《从地球到月球》以及威尔斯的《星际战争》使他在少年时期就对太空飞行无限渴望。他曾经回忆说：“正是威尔斯美妙的心理学手法把故事讲述得异常生动。完成这样的壮举的可能方式和意义成了我始终都在思考的主题。”戈达德热爱飞行事业，在晚年，他曾经说：“我不知道我还能为这项事业工作多少年，但我希望一直到生命结束。不可能有已经完成的思想。对于‘飞往恒星’来说……这是一个需要几代人才能解决的问题。因此，无论一个人自己能够做多少贡献，他总有一种刚刚开始时的兴奋。”
戈达德在大学期间攻读物理学，并开始研究火箭。在学校里，他的丰富想像力和好奇心是出了名的。大约在1906年，在一篇名为《1950年的旅行》的文章中，戈达德描述了一种磁力悬浮列车，它在管形真空隧道中运行，运行中几乎没有阻力。他估计这种机车的速度可以达到1930千米每小时，在这条建在波士顿与纽约间的隧道中旅行所需的时间只有10分钟，而不是通常的8小时。
1911年，戈达德获得武斯特综合技术学院博士学位。此时，他已经认识到，“只有用液体燃料才能提供星际航行所需要的能量”。1914年，戈达德到克拉克大学工作，他决定基于理论计算进行火箭的试验研究。物理系对他给予鼓励，但没有经费支持他的计划。戈达德只好用自己的工资购买实验用材料。戈达德对前人的研究结果进行检查分析，他考虑了火箭在发射过程中质量在逐渐变小，通过理论研究，计算出火箭达到期望高度所需的初始质量，估算了火箭携带1磅载荷的发射重量。他指出，由于火箭脱离地球引力的逃逸速度大约是11千米每秒，只有液体多级火箭才能达到这个目的。也就是说，只有液体火箭才是宇宙飞行的理想运载工具。
1919年，戈达德发表了论文《到达高真空的方法》，论述了火箭的工作过程，说明火箭可以在没有空气的宇宙空间飞行。1920年，他开始试制液体火箭，这项工作难度极大，风险很大，他费尽了心血。戈达德说：“生命如此之短暂，而世上又有那么多事需要我们去做，这是令人着急的一件事，我们应当冒点风险，做我们力所能及的工作。”
1925年11月，戈达德试制出一个54牛顿的小型液体火箭发电机，燃烧了27秒。1926年3月26日，戈达德和妻子以及两个助手在奥德农场进行了世界上第一枚液体火箭的发射实验。戈达德的实验报告说：“火箭试验在下午2时30分进行。经过2．5秒后，上升高度12米，飞行距离56米。”这次实验开创了人类航天的新纪元，打开了液体火箭技术的大门。
戈达德的工作没有立即得到应有的肯定，原来支持他的学院院长认为火箭只上升12米，让他感到失望。报纸也对戈达德进行取笑，《纽约时报》还发表文章嘲笑他，把他叫做“月球上的人”。人们认为，他作为一位大学教授，用火箭“做游戏”是十分幼稚的。朋友们也劝说戈达德放弃他的幻想。但是，戈达德没有放弃他的努力。1929年以后，美国著名的飞行家林德伯格拜访了“月球上的人”戈达德，被戈达德研究工作的意义所说服，以后林德伯格劝说百万富翁丹尼尔和古根海姆资助戈达德，提供他扩大研究所需要的经费，戈达德的工作才得以深入进行。1959年，林德伯格参观美国卫星发射基地后说：“1929年，我倾听了戈达德对他火箭发展前景的设想，30年后，看到卡纳维拉尔角的空军基地上空升起巨大的火箭。我不知道，到底是那时他在做梦，还是现在我在做梦。”
