“地球是人类的摇篮，但人类不会只生活在摇篮里，而将不断探索新的天体和空间。有一天我们一定会脱离引力的束缚，成功飞往太空。然后，我们会一步步地征服整个太阳系，并在其他星球开辟新的家园”

——康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基（1875-1935）

上世纪初，莱特兄弟发明飞机，实现了人类在空中飞翔的梦想。但是，飞机可以在大气层中飞行，却不能飞到大气层外，我们只有使用火箭发动机，才能将人类送上大气层以上的外太空。

航空和航天最大的区别就是使用的发动机不同，航空使用航空发动机，航天使用火箭发动机。航空发动机，自身只需要携带燃料，通过燃料和空气中的氧气进行化学反应，产生的能量就可以推动螺旋桨或喷气发动机，实现大推力，在天空中飞翔。

随着大气层高度的增加，空气密度越来越低，外太空没有氧气供发动机使用。所以，火箭发动机除了使用燃料外，它自身还携带了氧化剂，不依赖于大气层中的氧气就可以实现独立飞行，这是进入太空的基本条件。

火箭起源于中国，古代黑火药是由木炭、硫磺和硝酸钾组成。木炭和硫磺承担了燃料的角色，硝酸钾则提供了作为氧化剂的功能。

明朝时期的一位官员万户，试图将自己绑在椅子上，在椅子上也绑了多个火箭，想要飞上天空，虽然这些火箭将他炸得粉身碎骨，但是他成为人类第一位尝试利用火箭飞上天空的先驱。因此，月球背面的一座环形山也以万户的名字来命名，也成为中国的骄傲。

上世纪初，俄罗斯科学家康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基，提出了利用运载火箭将人类送上比大气层更高的外太空。火箭工程上广泛使用的齐奥尔科夫斯基公式，也是由他提出的。

我们知道，从地球飞入外太空，要达到环绕地球的第一宇宙速度，约7.8公里每秒。再加上地球有稠密的大气层，所以我们要飞到它100-200公里以上，才能进行绕地飞行。因此，一般来讲火箭的速度要达到9.5公里每秒，称之为速度增量，才能实现进入太空并绕地运行。

那么，如此之高的速度，即便目前人类的科学技术也很难达到，康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基为了解决这个问题，提出了利用多级火箭的设想。也就是，在第一级运载火箭的推进剂消耗殆尽以后，将这级火箭抛掉，第二级火箭继续工作，每一级火箭用完了以后依次抛掉。因此，火箭质量改变，火箭就可以不断地加速，最终实现高速度。因此，利用多级火箭进入外太空，实现环绕地球运行。

在齐奥尔科夫斯基后，德国奥伯特以及美国戈达德等人，发明了人类第一种液体火箭发动机，这些先期的工作为人类进入太空奠定了基础。

专家简介

杨宇光，中国航天科工集团二院研究员，国际宇航联空间运输委员会副主席。

出 品：中国科协光明网

监 制：战钊

策 划：宋雅娟

科学顾问：杨宇光

编 导：宋雅娟 武玥彤

摄 像：肖春芳

后期制作：光明网科普事业部