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的：“让我们假设一只装满大量压缩气体的大桶，如果打开桶一端的活门，
那么贮存的气流便会源源不断地从大桶中冲出来。这样，气流产生的气体弹
性 （反作用力）将会使大桶不停地运动。”在这里，齐奥尔科夫斯基所说的
“大桶”，就是现代宇宙飞船最原始的雏型。
在写出这篇卓越的论文之后，由于受到研究条件的限制，关于星际航行
问题的进一步探讨被暂时搁下了。齐奥尔科夫斯基新的研究课题是：设计出
一种科学的、能在大气层中飞行的、可操纵的金属飞艇。
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四、全金属飞艇的设计
在很早以前，人类就能够制造出比重轻于空气的“飞行器”，这类飞行
器是依靠空气的浮力作用而上升到空中的。在中国西汉时成书的《淮南子》
中，有这样一条记载：“将一枚鸡蛋的一端钻孔，把蛋清、蛋黄从孔中吸出，
再将燃着的艾草的火焰放到空蛋壳之下，蛋壳就将迎风而起，飞上天空。”
这是现存的对热空气使物体在空气中浮升的最早记载。到了北宋时期，中国
的劳动人民又制造出了一种能够飘浮在天空中的“孔明灯”，它是以竹子扎
成框架、糊上薄纸，再在其中点上蜡烛，由于灯内温度升高，空气密度也就
随之变小，故而就冉冉上升了。这种“孔明灯”是当时孩子们最喜爱的游戏，
每当晴朗的夜晚，都会有许多“人造星星”在空中摇曳、闪烁。“孔明灯”
实际上就是近代热空气球的雏型。
1783年，人类历史上第一次进行了有生物搭乘的热空气球飞行。法国的
蒙德哥尔弗勒兄弟用麻布与纸为原料制成一只很大的热空气球，并将第一批
乘客——1只羊，1只鸭子和1只公鸡送上了云端。不久，由于人类掌握了轻
于空气的气体的分离方法，所以气球里便不再充入热空气，而是充入比空气
轻得多的气体——氢气或氦气了。这时也开始有人乘坐气球进行冒险的游
乐。
但气球并非人类长期寻求的那种理想的空中交通工具，因为气球是随气
流的变化而运动着，所以就无法按照乘员的意志飞行，只不过随着风向而到
处飘荡。这样，除了存在固定气流的地方，气球也就没有其实用价值。于是，
有人就提出了制造一种可由乘员操纵的气球——飞艇的设想。他们认为，飞
艇不仅能像气球一样在空中飞行，同时还能依靠它本身所具有的动力系统，
使乘员对它飞行的方向进行操纵。
在19世纪初期，关于飞艇的设计方案，有的设计家提出：为了减少空气
对飞艇的飞行阻力，飞艇的形状就应该如同一枚鸡蛋，成为椭圆形。为了给
飞艇提供飞行动力，有人建议使用空气螺旋桨；也有人认为使用压缩空气或
以酒精作燃料的发动机更为合理。
在不断地改进与争议中，飞艇设计取得了一些重要的进展，但仍然存在
着相当多的缺点。其中最突出的就是飞艇所采用的胶布外壳既不结实耐久，
又很容易引起火灾；而且当飞艇升空后，由于高空空气稀薄，压力较低，所
以飞艇里的气体就会膨胀，甚至出现外壳撑裂、艇毁人亡的悲剧。
针对飞艇的这个致命弱点，齐奥尔科夫斯基开始了对飞艇的研究。此时
他已经有了2个孩子，一间不大的居室里，不仅住着他们一家4口，而且在
破旧的家具中间还堆放着各式各样的仪器与模型。尽管生活条件如此的简陋
与贫寒，但一心铺在研究上的齐奥尔科夫斯基在妻子的支持下，坚持了他的
研究。
如同以往一样，齐奥尔科夫斯基每天很早就起床，进行几个小时的设计
研究后，便赶到学校教课；下课回家之后，他就专心于飞艇与研究，直到深
夜。就这样，经过2年多的艰苦研究，他最终完成了对新型飞艇的设计。他
设计的飞艇，一改往日的胶布外壳，以全金属的外壳取而代之。
根据对全金属飞艇的设计，齐奥尔科夫斯基写出了题为《气艇的理论与
实践》的科学论文，并将它寄到莫斯科自然科学爱好者协会。他的这种全新
的飞艇设计理论，在科学界引起了强烈反响与广泛的重视。在莫斯科的俄国
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著名学者斯托列托夫与儒柯夫斯基看到这篇论文后，认为极有创见，就邀请
齐奥尔科夫斯基到自然科学爱好者协会去报告自己的研究成果。
来到莫斯科后，斯托列托夫与儒柯夫斯基热情地接待了这位衣着破旧、
皮肤黝黑的外省中学教师。在自然科学爱好者协会的讲台上，齐奥尔科夫斯
基用平静的声调叙述了他所设计的全新概念的全金属飞艇，马上引起了众多
听众的极大兴趣。政府也派人参加了报告会。
新式飞艇设计成功使齐奥尔科夫斯基受到极大的鼓舞。但正当他怀着激
动兴奋的心情回到家后不久，一场突发性灾难降临到他的头上。一个狂风的
夜晚，他的邻居家着了火，随着风势大火蔓延到他家，齐奥尔科夫斯基夫妇
被浓烟与烈火熏醒后，忙乱地抱着孩子们冲出了房子，其它的一切都来不及
抢救了。熊熊的火焰吞噬了他所有的图书资料、仪器、模型以及研究手稿，
这个家就这样被无情大火烧毁了。
在如此巨大的打击下，齐奥尔科夫斯基病倒了，坚持了几年的研究工作
也被迫中断了。此时他已30岁了，全家的生活重担都压在他的肩上；更为重
要的是，被他视为第二生命的多年来的科研结晶都成了灰烬。眼前的一切就
这样结束了吗？齐奥尔科夫斯基坚毅的意志否定了这种泄气的念头。在他妻
子以及几位朋友的全力支持下，他们又拥有了一个新家。对科学真理的追求
给了他无穷的力量，不久，他的病也好了，随之他又继续顽强地开始了工作。
在自传中齐奥尔科夫斯基回忆：“生活给我带来很多的不幸，幸运的是，我
用对事业的坚信战胜了它们。”
根据自己以前的研究，齐奥尔科夫斯基重新开始收集资料，向学校、向
朋友们借仪器、工具，不久又重新开始了全金属飞艇的设计。这次他所设计
的飞艇，吸取了上一次设计的经验并改进了不足之处，所以这种飞艇具有了
如下四个优点：
首先，是飞艇气体容积的可变性。在飞艇处于不同温度及不同高度的条
件下，飞艇的气体容积可以进行连续的调节，使其能持久地保持不断上升的
力量，针对飞艇气体容积的变化，齐奥尔科夫斯基建设性地采用了缠绕集结
系统与带有各种印纹的外壳。
其次，这种充气飞艇，可以依靠通过螺旋管道放出的废气热量给气体加
热，并使飞艇膨胀上升。
第三，这种飞艇在结构上采用有皱纹的金属外壳，可以大大增加飞艇的
强度而且不易发生火灾。
第四，在飞艇形状的设计上，齐奥尔科夫斯基选用了流线型的几何外形，
这样就减小了飞行阻力。
设计完毕并制造出飞艇的模型后，齐奥尔科夫斯基就将自己的设计手稿
以及精心制作的飞艇模型寄到了俄罗斯科学协会。当时科学协会的负责人，
著名的化学家门捷列夫进行仔细研究后，就把它们推荐给了俄国当局。但是，
齐奥尔科夫斯基对飞艇最先进的设计，并没有得到俄国当局的重视与支持。
当局甚至拒绝了为试验飞艇所需经费的合理申请，因为政府的这些官僚们并
不相信一个没有受过系统高等教育的中学教师能够完成如此复杂的设计，所
以他们宁愿花费大量金钱购买外国的材料与技术去制造旧型号飞艇，其实这
类飞艇的各种性能远不如齐奥尔科夫斯基所设计的全金属飞艇。
就这样，齐奥尔科夫斯基的辛勤劳动成果，在腐朽的沙俄统治者的忽视
下，最终未能取得实际的应用与推广。
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五、对飞机的研究
眼见自己有关制造全金属飞艇的设想无法实现，齐奥尔科夫斯基心中百
感交集。视科学研究为生命的他又将研究领域转向一个当时很少有人涉足的
新领域——比重大于空气的飞机的研究。
从 1892年开始，齐奥尔科夫斯基陆续发表了一系列有关飞机研究的论
文。就在这一年，他完成了第一篇飞机研究的论文——《论用翅膀飞行的几
个问题》。儒柯夫斯基看完这篇论文后，对他的研究给予了很高的评价：“齐
奥尔科夫斯基先生的这篇大作给予我十分可喜的印象，因为在我用作者的方
法进行分析与试验后，得到了正确的结果。”
在该文中，齐奥尔科夫斯基详尽地分析了平板在流体 （液体与气体的总
称）中运动时，流体对于平板的作用力；在这里他所研究的平板，实际上就
是一对简单翅膀，它在空气中的运动就可以看作是鸟类在高空飞翔的动作复
制。在鸟类飞翔时，由于鸟与空气气流的相对移动，在鸟的翅膀上就产生了
空气动力，正是这种空气动力的产生，使得鸟类能在天空中自由飞翔。同样
的原理，当平板在空气中移动时也能够产生空气动力。这时的空气动力可以
分解为：垂直于物体表面、托浮起物体的力——升力；与物体运动的方向相
反、阻止物体运动的力——阻力。直到今天，如何尽量提高飞机的升力、减
少空气对飞机的飞行阻力，依然是空气动力学家以及飞机设计师们所要更好
解决的重要课题。
那么如何减少飞机在空中飞行时的阻力呢？齐奥尔科夫斯基用自制的仪
器进行了初步的研究。他在一块平板上固定了二个支座，在支座上装了一只
能够自由旋转的、带有圆筒的轴；圆筒上缠着一段带有铅锤的细线，这样铅
锤运动时线就带动着圆筒旋转；在垂直于转轴的方向上安装着两根细铁丝，
而细铁丝的两端分别固定着两块厚纸作的平板。这两块平板就是他的研究对
象。
在实际应用中，齐奥尔科夫斯基拿着这件仪器在屋子里、街道上走动，
并有意识地忽快忽慢，仔细观察并记录下平板旋转速度的变化，再经过一系
列的计算，最终就测定出了在不同条件下，平板所受到的不同阻力。
在观察与测定过程中，齐奥尔科夫斯基发现：平板所受到的阻力大小与
平板的长度和宽度之比有关。在实际记录中，他写道：“通过如此多的实验
我可以证明：长方形平板愈长、宽度愈窄，气流作用于其上的压力就愈小。”
他的这个结论完全符合现代航空理论，他的话用现代航空术语来表达，就是：
飞机飞行时的阻力值同翼展（飞机左右机翼之间的距离）和弦长（机翼最前
端与最后端两点间的距离）之比成反比，它们间的比值越大，阻力值就越小。
齐奥尔科夫斯基的这一发现对于未来飞机机翼的设计理论起到了重要作用。
1892年，齐奥尔科夫斯基全家迁往卡卢加地区，他在当地中学教授物理
与数学。虽然是来到了一个新地方，换了一批新学生；但他一如既往地对学
生们倾注了自己的爱心与关怀。由于他的讲课是那么风趣，实验又是那样的
熟练，所以学生们很喜欢这位和蔼可亲而又知识渊博的新老师。
在进行教学工作的同时，齐奥尔科夫斯基仍然抓紧时间继续研究关于飞
机飞行理论的问题。1894年，他又发表了《飞机或类似飞鸟的飞行机器》一
文。在这篇论文中，他向别人介绍了自己对于飞机制造的设想：“让我们所
制造的飞行机器具有一种能在一定高度自由飞翔的鸟类的形状；假设我们用
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二只船用螺旋推进器去代替它的头；用燃烧燃料的中型发动机去代替它的肌
肉——而且这些发动机并不需要太多的燃料，也不需要笨重的锅炉以及大量
的水，还可以用空气使工作汽缸冷却，这一点在实践中已经采用过了；然后
再在它尾部的水平和垂直平面上装上二只舵。”
这就是齐奥尔科夫斯基关于未来飞机的设想，从示意图中我们可以发
现，他所设计的“鸟形飞机”的外形完全符合现代空气动力学的理论。为了
减小飞机飞行的阻力，他将机身设计成流线型，并将单机翼的末端做成了弯
曲状。为了使飞机能够加速飞离地面并安全降落，他在飞机底部装设了轮式
起落架；为了能够控制飞机的飞行高度与方向，他在飞机的尾部设计安装了
升降舵与方向舵。
齐奥尔科夫斯基所设计的飞机，经过了十几年以后才出现在天空中，由
此可见他超人的设计天才。尤为令人惊叹不已的是，在当时蒸汽机统治动力
来源的时代，他就大胆的预见到内燃机可以作为未来飞机的动力源，并对这
种远景充满了自信。在工作日志中，齐奥尔科夫斯基这样写道：“我确信在
不久的将来，设计师们就可以制造出非常轻而且功率又很大以汽油为燃料的
高效发动机，它们完全符合飞行任务的要求。”同时，在飞机设计中，他还
考虑到减轻驾驶员的疲劳程度的问题，提出了在驾驶舱安装能自动调节航向
的陀螺仪，这就为现代飞机中自动驾驶仪的设计奠定了成功的基础。
但是，在沙皇统治下的俄国一团漆黑，统治阶层所想的只是如何对外进
行掠夺、扩张自己的势力范围，所以对于齐奥尔科夫斯基的这种先进科学设
计根本不感兴趣，他们不愿花费大量的财力认真研制在当时看来没有太大用
途的飞机。
看到自己的科研工作如此地不受重视，齐奥尔科夫斯基感到极为苦闷，
在工作日志中他记下了自己在这一时期的心情：“在实验中我得出了许多新
的结论，但是这些新结论却往往受到政府的怀疑。这些结论可以在任何实验
中重演，但什么时候才能进行这些实验并且将其应用到实践之中呢？我不知
道，真不知道。这许多年来，我都是在不顺利的条件下紧张地工作着，没有
任何希望和任何支持。”
令齐奥尔科夫斯基感到欣慰的是，他按气体力学原理所设计的单翼飞机
的构造原理，终于在十多年之后得到了实际应用。他对单翼飞机设计的独特
构想，对后来的飞机设计产生了重大影响。
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六、建成俄国第一座风洞
在全金属飞艇和飞机的设计过程中，齐奥尔科夫斯基需要不断地研究空
气动力现象，以便对它们的阻力值进行测试。与此，他就大量地采用了实验
方法。例如，在他自己制造的测量风阻的简单仪器的基础上，他又进一步加
以改造，在房子顶上，他安置了两根直径为25厘米，长为75厘米的管子，
一根管子中放置一块平板，而另一根管中放着准备进行阻力值测量的模型；
然后再用细杆将模型与平板连接起来；这时，在有风的条件下，平板就会迎
风旋转。于是他一面仔细观测，一面不断改变平板的尺寸大小，使整个装置
重新获得平衡，然后，再依据平板的大小计算出不同的阻力。虽然通过这种
方法求得的阻力不够精确，但同实标的误差已经不大了。然而对科学研究一
丝不苟的齐奥尔科夫斯基并不满足，他需要的是完全接近实际的数值。
显然，采取以往的实验方法是无法精确地研究空气动力现象的，因为自
然空气气流的原动力——风，是难以控制和变幻莫测的。所以，齐奥尔科夫
斯基就希望能制造一台人工造风的机器以产生理想中的稳定气流。但是，要
制造这样的一台“送风机”，需要几百卢布的费用，身为中学教师的他根本
无力拿出这么多的钱，于是他抱着一线希望给俄罗斯物理化学协会写了一封
信，请求协会给予帮助，然而协会却以“试验计划太简单”为借口拒绝给齐
奥尔科夫斯基拨款。
尽管无法得到外界的支持，齐奥尔科夫斯基却没有因此而放弃自己的计
划，他依靠自己那微薄的薪水，在妻子的支持下省吃俭用，积攒了一笔钱；
他又向朋友们借了一些钱，终于筹措到了足够的经费。1897年，他成功地制
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