科學怪人的“神預測”

“太空電梯”“太陽帆”“宇宙航行”……這些人們如今聽來仍覺科幻的概念，是康斯坦丁·齊奧爾科夫斯基早在100多年前提出來的。

這位現代航天學和火箭理論的奠基人，不僅創造了航天史上的許多“第一”——比如第一個計算出“第一宇宙速度”、第一個提出“多級火箭”設計理念、第一個提出“航天服”概念等，還跨界當作家，出版了不少科幻小說。

然而，齊奧爾科夫斯基的一生其實并不順遂。

1857年，他出生于俄國的一個普通家庭，父親曾擔任林業局的辦事員，母親不幸早逝。9歲時，齊奧爾科夫斯基患上猩紅熱，后失去大部分聽力，不得不輟學在家自學。

父親看出齊奧爾科夫斯基在數理化方面的天賦，等到他16歲時，便送他去莫斯科學習。在那里，齊奧爾科夫斯基充分利用免費開放的圖書館，學習自己感興趣的科學知識。他還會借助自制的助聽器去大學里聽各種公開課。一個偶然的機會，他讀到了科幻小說作家凡爾納的作品，從而對太空旅行產生了濃厚的興趣。

幾年后，齊奧爾科夫斯基靠自學通過了教師資格考試，先被分配到距莫斯科約100公里的博羅夫斯克教書，后被調到卡盧加的另一個教學崗位工作，并在卡盧加定居數十年。

雖然在學校的工作干得不錯，但齊奧爾科夫斯基被當地居民視為“怪人”。參加居民聚會時，他會用真空泵惡搞出一些奇怪的聲音；邀請客人去他家時，他的電動機會突然“電”一下客人；時不時地，他家里還會傳出爆炸聲。

沒人知道，齊奧爾科夫斯基當時正在進行一項不可思議的研究：飛艇的設計。為了證明自己設計理論的正確性，他甚至自掏腰包建造了一個風洞（即風洞實驗室，以人工的方式產生并且控制氣流，用來模擬飛行器或實體周圍氣體的流動情況，并可量度氣流對實體的作用效果以及觀察物理現象的一種管道狀實驗設備）。這也是俄國的第一個風洞。

1894年，在研究飛艇的同時，齊奧爾科夫斯基又提出了全金屬飛機的想法。可惜，因為缺乏資金，他的想法只能停留在設計層面。7年后，萊特兄弟發明的飛機完成試飛，成了名垂青史的飛機發明者。而齊奧爾科夫斯基的設計，直到1915年才被制造出來。不過，為人稱道的是，他的設計比萊特兄弟的設計更接近現代飛機的形態。

隨著對飛機和飛艇研究的深入，齊奧爾科夫斯基逐漸把目光投向太空。1896年，他開始撰寫一部關于航天的著作——《利用反作用裝置探索宇宙空間》，解決了在太空中使用火箭發動機的理論問題，包括熱傳遞、導航機制、空氣摩擦產生的熱量以及燃料供應的維持等。

然而不久后，他遭受到一系列殘酷的重創：1902 年，他的兒子自殺。1908 年，一場洪水淹沒了他的家，損毀了他積累多年的科學數據和材料。1911 年，女兒因政治活動被捕。1914年，因為當時俄國科學界沒有認識到空氣動力學實驗的機制，他的飛艇模型在圣彼得堡舉行的航空大會上遭到冷遇。

生活與科研的打擊一個接一個，但齊奧爾科夫斯基并未倒下。1903年，他的一篇手稿發表在《科學評論》雜志上，其中有一個極其重要的公式，被后人稱為“齊奧爾科夫斯基公式”，為近代火箭、導彈工程的實現提供了理論依據。

他還發表文章詳細闡述了自己對多級火箭的設想。火箭發射時，最下方的一級火箭首先點火工作，火箭從靜止開始，不斷加速飛行。燃料耗盡后，一級火箭會被分離、拋掉，同時，二級火箭點火工作，如此一來，火箭在之前最高速度的基礎上再次提速。各級火箭依次點火工作，用接力的方式讓火箭加速、加速、再加速，最終達到并突破第一宇宙速度，進入太空。事實證明，他的設想可行，“多級火箭”一直沿用至今。

20世紀20年代到30年代，齊奧爾科夫斯基成果頗豐，出版了10余部著作，闡明了軌道物體的性質，發展了反作用飛行器背后的科學原理，提出了軌道空間站的設想，并積極推動星際旅行。

除了嚴肅的科學論文，他還致力于寫科幻小說。早在1894年，他就描述了環繞地球軌道的“太空小屋”。“太空小屋”其實就是一座空間站，可以用來進行天文觀測。另外，他還在小說中提到航天服、登月車等，這些設想也在多年后變為現實。

盡管齊奧爾科夫斯基在很多復雜問題上都是開拓者，但他的研究成果只有極少數流傳到國外，所以國際知名度并不高。直到多年后，美蘇太空競賽時，很多人才注意到，不論是蘇聯的航天科學家科羅廖夫，還是為美國效力的火箭專家馮·布勞恩，都是齊奧爾科夫斯基的“迷弟”，也都把他的著作翻來覆去地仔細研究。

1935年，齊奧爾科夫斯基逝世，享年78歲。蘇聯政府為他舉行了國葬，據稱當時約5萬人參加了他的葬禮。月球背面的一個隕石坑以他的名字命名。

如今，他的那句名言仍會讓許多人熱血澎湃：“地球是人類的搖籃，但人類不能永遠待在搖籃里，而是會先膽怯地沖出大氣層，然后不斷前進！”

（作者單位：北京大學地球與空間科學學院）

編輯 許曄 /美編 徐雪梅/編審 張勉