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 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。
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