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(xiàn)代航天學和火箭理論的奠基人，不僅創(chuàng)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(yè)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(shù)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(chǎn)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(shù)十年。

雖然在學校的工作干得不錯，但齊奧爾科夫斯基被當?shù)鼐用褚暈?ldquo;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(chǎn)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(xiàn)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?？上?，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(fā)明的飛機完成試飛，成了名垂青史的飛機發(fā)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(xiàn)代飛機的形態(tài)。

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(fā)動機的理論問題，包括熱傳遞、導航機制、空氣摩擦產(chǎn)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(chuàng)：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(shù)據(jù)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(fā)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(xiàn)提供了理論依據(jù)。

他還發(fā)表文章詳細闡述了自己對多級火箭的設想?；鸺l(fā)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(fā)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(huán)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?yōu)楝F(xiàn)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(shù)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(lián)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(lián)政府為他舉行了國葬，據(jù)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）