Сегодня Константин Эдуардович Циолковский известен во всем мире как основоположник теоретической космонавтики, но столь широкое признание пришло к нему не сразу. Он был выходцем из бедной семьи польских дворян. В возрасте девяти лет переболел скарлатиной и потерял слух, что сказалось на развитии ребенка. Константина отчислили из гимназии за неуспеваемость, однако живой ум не давал замкнуться в себе – Циолковский начал осваивать науки самостоятельно и через много лет, в 1880 году, сам стал преподавателем. Еще в юности он увлекся воздухоплаванием, и это предопределило главный предмет научных интересов – создание более совершенных аэростатов, дирижаблей и летательных машин.
Долгое время космонавтика оставалась для Циолковского на втором плане, но однажды он прочитал фантастический роман Жюля Верна «С Земли на Луну прямым путем за 97 часов 20 минут» (De la Terre à la Lune. Trajet Direct en 97 Heures 20 Minutes, 1865), в котором описывался проект огромной пушки, выстреливающей космическим снарядом с пассажирами внутри. Циолковский сразу понял, что проект француза нереален, и задумался о том, какое транспортное средство способно развить космические скорости. Идею использования реактивного движения в «безопорной» среде он впервые упомянул в неопубликованной статье «Свободное пространство» (1883): «Положим, что дана бочка, наполненная сильно сжатым газом. Если отвернуть один из ее тончайших кранов, то газ непрерывной струей устремится из бочки, причем упругость газа, отталкивающая его частицы в пространство, будет также непрерывно отталкивать и бочку. Результатом этого будет непрерывное изменение движения бочки».
Весной 1896 года Циолковский выписал брошюру «Новый способ воздухоплавания, исключающий воздух как опорную среду». В ней изобретатель Александр Петрович Федоров (еще один Федоров в жизни Циолковского) излагал принцип действия придуманного им «ракетолета», имеющего несколько двигателей: одни служили для подъема, другие – для движения в горизонтальном направлении, третьи выполняли роль реактивных рулей. Каждый двигатель состоял из генератора газа и «трубы». Газ под давлением поступал в «трубу» и вырывался наружу, создавая реактивную тягу и толкая «ракетолет» в противоположную сторону. Идея Федорова вдохновила Циолковского, позднее он признался: «Она толкнула меня к серьезным работам, как упавшее яблоко – к открытию Ньютоном тяготения».
Федоров обошелся без расчетов, и Циолковский проделал их самостоятельно. 10 мая 1897 года Константин Эдуардович вывел формулу, которая сегодня по праву носит его имя. Она устанавливает связь между четырьмя параметрами: скоростью ракеты в любой момент времени, скоростью истечения продуктов сгорания из сопла, массой ракеты, массой взрывных веществ. Предположим, что необходимо запустить спутник на околоземную орбиту; значит, скорость ракеты после исчерпания топлива должна равняться первой космической скорости. Скорость истечения для каждого вещества индивидуальна. Располагая этими двумя величинами, можно перебирать соотношения масс топлива и ракеты, добиваясь оптимального значения. Формула сразу дала Циолковскому доказательство того, что полеты к другим планетам посредством ракет возможны. Кроме того, благодаря этой формуле стало ясно, что космос могут покорить только ракеты на жидком топливе.