关于火箭推进器的论文

火箭是以热气流高速向后喷出，利用产生的反作用力向前运动的喷气推进装置。它自身携带燃烧剂与氧化剂，不依赖空气中的氧助燃，既可在大气中，又可在外层空间飞行。1926年3月16日，美国火箭研制先驱者、科学家罗伯特·戈达德在美国成功发射了世界上第一枚液燃助推火箭。罗伯特·戈达德被公认为是现代火箭技术之父。

早在17世纪，牛顿就设想过物体如何绕地球做圆周运动：在高山上架设一尊威力无比的大炮，如果炮弹的速度足够快，它就不会落下来，而是围绕地球做圆周运动甚至可以飞出地球。牛顿还计算出来：大炮射出的炮弹要想不落地而围绕地球做圆周运动的话，速度必须达到千米/秒，这就是第一宇宙速度；而要飞出地球，就必须达到千米/秒，即第二宇宙速度。

在教学之余，齐奥尔科夫斯基醉心于各种科学研究和计算，特别是关于宇宙航行和火箭推动力的理论研究。1903年，他发表了《利用喷气工具研究宇宙空间》这本现代航天史上划时代的著作。书中提出了火箭飞行速度同火箭发动机喷气速度、火箭质量、燃料质量关系的公式——齐奥尔科夫斯基公式。从人类发射第一枚火箭到现在，世界各国每一枚火箭的设计制造都离不开这个公式的指导。

齐奥尔科夫斯基认为，要想克服地球引力进入环绕地球的轨道，需要使用液氢和液氧作为推进剂的多级火箭，才能达到必须具备的速度。火箭的推进剂经过燃烧室燃烧之后，产生高温高压气体，经过喷管加速喷出，产生反作用力推动火箭前进。这就像用水管喷水或枪炮射击时产生后坐力一样。齐奥尔科夫斯基不仅设计了火箭推进器、多级火箭方案，还提出了密封舱和空间站的设想，以及在太空生存必需的密封生态循环系统、为航天员提供氧气和食品等设想。

如果说齐奥尔科夫斯基解决了火箭的理论问题，戈达德和冯·布劳恩则解决了火箭的技术问题。

罗伯特·戈达德是美国最早的火箭科学家，1909年开始进行火箭动力学方面的理论研究。3年后，他点燃了一枚放在真空玻璃容器内的固体燃料火箭，证明火箭能在真空中工作。1919年，他发表的报告《到达极大高度的方法》阐述了火箭飞行的基本数学原理。1926年3月，戈达德成功发射了第一枚火箭：用汽油和液氧作为推进剂，长约米，发射质量为千克，飞行延续了约秒，最大高度为米，飞行距离为56米。这枚火箭证实了液体推进剂的可行性，从而使他成为现代火箭的鼻祖。到1945年去世之前，戈达德进行了34次火箭发射，但大多以失败告终，也没能获得官方资助。后来，为纪念这位火箭科学的先驱，美国国家航空航天局将位于美国东部马里兰州格林贝尔特的大型研究中心命名为“戈达德太空飞行中心”。

与戈达德比起来，冯·布劳恩要幸运得多。他1912年出生于德国，16岁时看到了德国航天先驱、火箭专家赫尔曼·奥伯特的著作《飞向星际空间的火箭》，从此迷上了星际旅行。1930年，布劳恩在柏林工业大学参加了奥伯特发起的德国空间旅行学会，协助奥伯特进行液体火箭测试。他的毕业论文详细论述了液体火箭发动机的理论和实验，被评为特优论文。第二次世界大战期间，他领导了德国V-2火箭的研制工作。V-2火箭以酒精和液氧为推进剂，全长14米，发射质量13吨，弹头1吨，飞行弹道最高为80～100千米。第二次世界大战后，冯·布劳恩到了美国，领导美国的航天事业。1946年，美国发射了一枚V-2火箭。这枚飞到80千米高空的火箭是用来进行太阳紫外线观测的，它开启了太空科学的新篇章。

齐奥尔科夫斯基在宇宙航行理论方面的建树是多方面的，当今宇宙航行的一些基本问题，他几乎都有涉猎。 1883年，齐奥尔科夫斯基在《外层空间》一书中首先从理论上证明，行星际空间为绝对真空状态，火箭可以在空间真空环境中工作，因为它自带氧化剂，燃料燃烧不需要外界供给氧。同时，它的反作用推进原理在真空中仍然有效。因此，火箭可以作为宇宙航行的动力。 1885年，他在一本科幻小说中提出发射人造地球卫星的设想。 1903年，齐奥尔科夫斯基发表《用火箭推进器探索宇宙》论文，文中提出火箭公式，从理论上证明：火箭的速度与火箭发动机的喷气速度成正比；火箭自身的结构质量越小，火箭所获得的速度越高。这个公式后来被称为齐奥尔科夫斯基公式，也被誉为宇宙航行第一公式，它为宇宙航行奠定了理论基础。齐奥尔科夫斯基还指出，液氢液氧是最理想的推进剂。在当时的工业技术水平上，他还指出，单级火箭达不到宇宙速度，必须用多级火箭接力的办法才能进入宇宙空间。 1911年和1912年，齐奥尔科夫斯基又提出有关载人宇宙飞行的一系列设想，例如，到其他星球上去必须经过真空区，载人宇宙飞船必须携带空气；飞船上必须有密封座舱；座舱中的空气必须不断净化，才能为乘客提供新鲜空气；飞船返回时利用地球大气刹车；建立轮胎形空间住宅，用自旋产生人造重力；用动物和植物组成生物循环链，建立密闭生态系统，为人提供食物和氧气。他还推导和论述了不同质量的物体在失重条件下的运动规律，研究了失重和超重对人体的影响。 1924年，他在《宇宙飞船》一文中具体地设想了一种纺锤形飞船，除动力装置和密闭生态系统外，还提出了现今太空机动器的设想。他设想乘员走出密封座舱后，可利用“宇宙枪”喷出气体的反作用力在太空真空中漫游。 齐奥尔科夫斯基还预言太阳的光能可以作为推动宇宙飞船的动力，因而提出太阳帆的设想。 齐奥尔科夫斯基一生写下了730多篇论著，70岁以后，他还写了《进入宇宙空间的火箭》、《宇宙火箭推进的列车》、《宇航员和火箭飞机加速升空》、《火箭燃烧》和《火箭的最大速度》等多部著作。 齐奥尔科夫斯基对宇宙航行理论的这些贡献是其意志和智慧的结晶。 齐奥尔科夫斯基1857年生于俄国梁赞一个贫寒的家庭。10岁那年一场严重的猩红热病，夺去了他两耳的听力，无法继续上学，只好由母亲指导他读书写字。但第二年母亲又去世了，他靠坚强的毅力自学了小学和中学的课程。16岁那年，他执意上大学，但没有一个学校肯收这个没有中学文凭的聋子。他只身来到遥远的莫斯科，寄住在一家好心的穷人家中，在图书馆中自学大学课程。父亲每月只能给他寄来十几个卢布。这点钱远不够伙食费，但他还要挤出钱来买书籍和实验用品，有时连续二三天不吃东西，常常饿得昏了过去。 父亲将他接回家后，他好不容易才被录用为中学数学教师。在业余时间里，他全力进行宇宙航行理论的研究和实验。然而，他常常不被人们所理解，认为他是一个“怪人”。他用科幻小说的形式宣传宇宙航行知识，被权贵们斥为“异端邪说”。一家杂志发表一幅漫画，讽刺他头顶地，脚朝天，腋下夹着大大小小的星球，挖苦他是“一个无名之辈，无聊文人”，斥责他“企图把青少年引向邪路”。但他顶着各种奚落和打击，毫不动摇地坚持自己的事业。 经过10多年的艰苦努力，他的研究成果才开始得到门捷列夫和斯托列托夫等著名学者的赏识。为了帮他在莫斯科找到一份工作，要他把自己的研究资料和实验模型寄去。但邻居的一场大火，使他的全部研究成果化为了灰烬。不过，他毫不灰心，重新积累资料，并写成论文。可是没有人肯为他出版。他想自己把论文印出来，又没有钱。 齐奥尔科夫斯基有着彻底研究问题的良好习惯，从不放过任何微小的细节。一次，他在物理学中学到，每一个作用力都会有一个大小相等、方向相反的反作用力存在。他在学习这一定律时，并不只是停留在定律本身，而是浮想联翩。他想到，地球绕着太阳转，地球运行的离心力与太阳对地球的引力大小相等、方向相反，所以地球始终在轨道上绕太阳运行。然后，他又进一步大胆设想，如果地球发生灾变，变成了碎片，碎片将会怎么样?经过思考，他认定地球碎片的引力中心仍然会继续保持在地球绕太阳运行的轨道上。这样，他就首先抓住了“引力中心不变定律”。这个定律与作用力和反作用力定律一样，是解决宇宙航行问题的一个基础理论问题。 另一次，他在看完一本叫做《作为星际航行工具的火箭原理》的小册子后，发现书中有许多概念是错误的，于是便对火箭原理进行系统研究，这就导致了著名的火箭公式的提出，为宇宙航行理论打下了一个坚实的基础。

康斯坦丁·爱德华多维奇·齐奥尔科夫斯基（俄语：Константин Эдуардович Циолковский、波兰语：Konstanty Ciołkowski，1857年9月17日－1935年9月19日）。

是俄罗斯和苏联的火箭专家和宇航先驱，他一生中大部分时间都是在他在莫斯科南部卡卢加郊外的木屋中度过的。

他出生于莫斯科南部的梁赞州一个中产阶级家庭，他的父亲是波兰人，母亲是俄罗斯人，由于他幼年得过猩红热，听力不好，所以不能升学，在家中学习直到16岁，他在自学期间，每天去莫斯科图书馆读书，后来参加中学教师资格的考试，人们对他的数学才能惊叹不已，他笑着说：“书籍是我的老师！”

后来他成为一位中学数学教员，直到1920年退休。齐奥尔科夫斯基研究了宇宙航行和火箭推动力的许多方面理论，所以被认为是人类宇宙航行之父。1895年，他访问巴黎，受到新建成的艾菲尔铁塔启发，他是第一位提出天梯理论的人。

他最著名的作品是1903年出版的《利用反作用力设施探索宇宙空间》，是第一部从理论上论证火箭作用的论文。齐奥尔科夫斯基计算了进入地球轨道的逃逸速度是8千米/秒，利用液氧和液氢做燃料的多级火箭可以达到这个速度。

齐奥尔科夫斯基一生出版了500多部关于宇宙航行的著作，包括一些科幻作品。他还设计了火箭控制方位的推进器，多级启动器，空间站和密封仓，以及提供氧气和食品的密封生态循环系统。但遗憾的是他的理论并没有能够在旧俄罗斯变为现实。他的著作影响到整个欧洲和美国的航天事业。

齐奥尔科夫斯基当时也研究过大气中的飞行器，他的计算曾经取得和莱特兄弟同样的结果，但他没有能作出实际样品来。

苏联火箭之父弗里德里希·灿德尔对齐奥尔科夫斯基的著作推崇倍致，1924年在苏联成立了第一个宇航学会，8月23日选举齐奥尔科夫斯基为军事航空学院的第一位教授。

苏联于1930年造出OR-1液体燃料推进的火箭，1933年造出OR-2型。1929年，齐奥尔科夫斯基在他的著作《宇宙航行》中提出多级火箭的设想。火箭推进计算的基本公式是以他名字命名的。

他还相信哲学家尼古拉·费奥多罗夫提出的向外星殖民的想法，认为这能使人类永久存在下去。现在在卡卢加有一个以他命名的宇航博物馆；月球上有一个以他命名的环形山，有一个小行星（第1590号）也是以他命名的。

主要成就

他撰写了超过400件作品，包括大约90篇关于太空旅行和相关科目的出版物。 他的作品涉及火箭的设计、转向推进器、多级增压器、空间站、用于将太空船引入空间真空的气闸，以及为空间殖民地提供食物和氧气的闭合循环生物系统。

1883年，齐奥尔科夫斯基在一篇名为《自由空间》的论文中，正式提出利用反作用装置作为太空旅行工具的推进动力，他对这种火箭动力的定性解释是：火箭运动的理论基础是牛顿第三定律和能量守衡定律。

这些思想在1893年发表的科幻小说《月球上》和1895年写的《地月现象和万有引力效应》中得到了进一步发展。

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，他推导出著名的火箭运动方程式。

出版于1903年的齐奥尔科夫斯基的航天器设计的外观，是现代宇宙飞船设计的基础。 设计有一个船体，分为3个主要部分。飞行员和副驾驶在第一部分，第二部分和第三部分拥有燃料航天器所需的液氧和液氢。

在这些工作的基础上，齐奥尔科夫斯基于1898年完成了航天学经典性的研究论文《利用喷气工具研究宇宙空间》，接着，他又于1910年、1911年、1912年和1914年在《科学报告》上发表了多篇关于火箭理论和太空飞行的论文。这些出色的著作系统地建立起了航天学的理论基础。