科學(xué)怪人的“神預(yù)測(cè)”

“太空電梯”“太陽帆”“宇宙航行”……這些人們?nèi)缃衤爜砣杂X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(xué)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(gè)計(jì)算出“第一宇宙速度”、第一個(gè)提出“多級(jí)火箭”設(shè)計(jì)理念、第一個(gè)提出“航天服”概念等，還跨界當(dāng)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(shí)并不順?biāo)臁?/p>

1857年，他出生于俄國(guó)的一個(gè)普通家庭，父親曾擔(dān)任林業(yè)局的辦事員，母親不幸早逝。9歲時(shí)，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(xué)在家自學(xué)。

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(shí)，便送他去莫斯科學(xué)習(xí)。在那里，齊奧爾科夫斯基充分利用免費(fèi)開放的圖書館，學(xué)習(xí)自己感興趣的科學(xué)知識(shí)。他還會(huì)借助自制的助聽器去大學(xué)里聽各種公開課。一個(gè)偶然的機(jī)會(huì)，他讀到了科幻小說作家凡爾納的作品，從而對(duì)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(xué)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(diào)到卡盧加的另一個(gè)教學(xué)崗位工作，并在卡盧加定居數(shù)十年。

雖然在學(xué)校的工作干得不錯(cuò)，但齊奧爾科夫斯基被當(dāng)?shù)鼐用褚暈?ldquo;怪人”。參加居民聚會(huì)時(shí)，他會(huì)用真空泵惡搞出一些奇怪的聲音；邀請(qǐng)客人去他家時(shí)，他的電動(dòng)機(jī)會(huì)突然“電”一下客人；時(shí)不時(shí)地，他家里還會(huì)傳出爆炸聲。

沒人知道，齊奧爾科夫斯基當(dāng)時(shí)正在進(jìn)行一項(xiàng)不可思議的研究：飛艇的設(shè)計(jì)。為了證明自己設(shè)計(jì)理論的正確性，他甚至自掏腰包建造了一個(gè)風(fēng)洞（即風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室，以人工的方式產(chǎn)生并且控制氣流，用來模擬飛行器或?qū)嶓w周圍氣體的流動(dòng)情況，并可量度氣流對(duì)實(shí)體的作用效果以及觀察物理現(xiàn)象的一種管道狀實(shí)驗(yàn)設(shè)備）。這也是俄國(guó)的第一個(gè)風(fēng)洞。

1894年，在研究飛艇的同時(shí)，齊奧爾科夫斯基又提出了全金屬飛機(jī)的想法?？上В?yàn)槿狈Y金，他的想法只能停留在設(shè)計(jì)層面。7年后，萊特兄弟發(fā)明的飛機(jī)完成試飛，成了名垂青史的飛機(jī)發(fā)明者。而齊奧爾科夫斯基的設(shè)計(jì)，直到1915年才被制造出來。不過，為人稱道的是，他的設(shè)計(jì)比萊特兄弟的設(shè)計(jì)更接近現(xiàn)代飛機(jī)的形態(tài)。

隨著對(duì)飛機(jī)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(guān)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(dòng)機(jī)的理論問題，包括熱傳遞、導(dǎo)航機(jī)制、空氣摩擦產(chǎn)生的熱量以及燃料供應(yīng)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(chǎng)洪水淹沒了他的家，損毀了他積累多年的科學(xué)數(shù)據(jù)和材料。1911年，女兒因政治活動(dòng)被捕。1914年，因?yàn)楫?dāng)時(shí)俄國(guó)科學(xué)界沒有認(rèn)識(shí)到空氣動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)的機(jī)制，他的飛艇模型在圣彼得堡舉行的航空大會(huì)上遭到冷遇。

生活與科研的打擊一個(gè)接一個(gè)，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(xué)評(píng)論》雜志上，其中有一個(gè)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(dǎo)彈工程的實(shí)現(xiàn)提供了理論依據(jù)。

他還發(fā)表文章詳細(xì)闡述了自己對(duì)多級(jí)火箭的設(shè)想?；鸺l(fā)射時(shí)，最下方的一級(jí)火箭首先點(diǎn)火工作，火箭從靜止開始，不斷加速飛行。燃料耗盡后，一級(jí)火箭會(huì)被分離、拋掉，同時(shí)，二級(jí)火箭點(diǎn)火工作，如此一來，火箭在之前最高速度的基礎(chǔ)上再次提速。各級(jí)火箭依次點(diǎn)火工作，用接力的方式讓火箭加速、加速、再加速，最終達(dá)到并突破第一宇宙速度，進(jìn)入太空。事實(shí)證明，他的設(shè)想可行，“多級(jí)火箭”一直沿用至今。

20世紀(jì)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(zhì)，發(fā)展了反作用飛行器背后的科學(xué)原理，提出了軌道空間站的設(shè)想，并積極推動(dòng)星際旅行。

除了嚴(yán)肅的科學(xué)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(shí)就是一座空間站，可以用來進(jìn)行天文觀測(cè)。另外，他還在小說中提到航天服、登月車等，這些設(shè)想也在多年后變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。

盡管齊奧爾科夫斯基在很多復(fù)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(guó)外，所以國(guó)際知名度并不高。直到多年后，美蘇太空競(jìng)賽時(shí)，很多人才注意到，不論是蘇聯(lián)的航天科學(xué)家科羅廖夫，還是為美國(guó)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(xì)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(guó)葬，據(jù)稱當(dāng)時(shí)約5萬人參加了他的葬禮。月球背面的一個(gè)隕石坑以他的名字命名。

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

（作者單位：北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院）