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齐奥尔科夫斯基１８５７年出生在俄国一个贫苦的护林员的家庭。９岁那年因病而两耳失聪，被迫辍学。他依靠顽强的毅力自学，成了一名中学教师。
他在中学任职期间，始终过着“黑面包填肚子”的艰苦生活，但用节省下来的薪金买了许多设备和材料，进行各种科学研究。进入中年之后，他开始研究火箭原理和航天理论。
他通过研究和计算，认为在没有空气的太空中，利用喷气反作用力推进的火箭，是实现太空飞行最有效的理想的交通工具。长时间地喷射气体，火箭不断地加速，越来越快，等到气体喷完时，火箭可以达到很高的速度。如果气体喷射速度一定，那么为了提高火箭的最终速度，就必须提高火箭装满燃料后的总重量与燃料燃烧完后空壳重量的比值──质量比，实际上就是要增加燃料的装载量。但是，要增加燃料，燃料箱要造得很大，发动机必须制造得十分牢固，整个火箭的总重量和体积都会增加，结果火箭的最终速度不会增加到很大。
齐奥尔科夫斯基认为可采用多级火箭提高速度。多级火箭是将几个火箭串接起来组成的，通常是三级，每一级都像是独立的火箭，有自己的发动机和燃料系统。第一级首先点火发动，把整个火箭带到空中，一定时间后燃料耗尽，自动脱落；接着第二级点火发动，继续加速。这样，经过三级点火，三级发动，不断脱落，不断加速，整个飞行器也就越来越轻，速度也就越来越大。
齐奥尔科夫斯基还指出，火箭的喷出速度取决于燃气的速度和气体的分子量，因此他提出使用大推力液体火箭，用液氧作为氧化剂，用液氢作为燃烧剂。
齐奥尔科夫斯基为了使人们确信利用火箭可以在没有空气的太空中飞行，花了２０年时间，写了一部小说《在地球之外》。
这部小说中关于“宇宙游泳”、“宇宙枪”的设想，同现在宇宙航行中的实际情况差不多。关于月球世界的描写，则偏重于趣味。然而，用小型“着陆船”在月面上降落的构想与现代的“阿波罗”宇宙飞船很相似。现在，人们读这部小说，仍然会情不自禁地赞叹齐奥尔科夫斯基具有如此惊人的科学预见能力。
当然，齐奥尔科夫斯基的科学预见能力，是同他长期钻研火箭原理和航天理论分不开的。他的多级火箭方案及其他一些设想，为把人们飞天的梦想变成现实奠定了坚实的基础。因此，人们称颂齐奥尔科夫斯基为“航天之父”。
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