地球是渺小的,它在太阳系中只能算是一个不大的弟弟,太阳系在银河系中,只是沧海一粟,银河系之外更是天外有天。然而地球也是巨大的,它60万亿亿吨自身质量,包罗万象地吸引住了地球上的一切东西,包括大气和在大气中运动的所有物体。自古以来人类被这种引力紧紧拥抱在它的怀中,想出去领略宇宙的无限风光,却无此可能,而无限惆怅。其实古时的人们,根本不知道这是地球引力在起作用。只是一味模仿鸟类去翱翔天空,可谓前扑后继,可歌可泣,却无一成功。万有引力的发现,为人类战胜地球引力指明了方向。牛顿的万有引力指出:宇宙间大到两个天体,小到两粒尘埃,所有的物体都互相吸引。引力大小和两个物体质量的乘积成正比,和它们之间距离的平方成反比。由此算出,能够绕地飞行而不被吸回地球的速度为7.9公里/秒,人们称之为第一宇宙速度;想要摆脱地球引力,飞出地球,需要11.2公里/秒,此称为第二宇宙速度;要飞出太阳系,必须达到16.6公里/秒,这就是第三宇宙速度。于是,问题变的十分明朗,谁拥有第一宇宙速度谁就能绕地飞行,谁能达到第二宇宙速度谁就能飞离地球,谁能创造第三宇宙速度谁就能够飞出太阳系。
应该说在此以后,人们利用热气球、氢气球这类轻于空气的航空器和运用风筝这一古老的利用空气动力升空原理而发明的滑翔机、飞机等这类重于空气的航空器都获得成功,但是它们都没有摆脱地球引力。所以人们想升空必须另劈途径。牛顿自己就设想过,造一门高射大炮,想方设法使炮弹获得足够大的速度,让炮弹走得足够远。根据万有引力原理,地球对它的引力随它的距离增加而迅速减小,就有可能让这颗炮弹一直飞下去,而不被地球吸回地面。但是,当他根据第一次世界大战,火炮设计计算,要这个炮弹获得7.9公里/秒的初速度,炮身长度必须达到一公里,这在今天也是办不到的事。
好在万有引力只能吸住物质的东西,却吸不住人们的思想。幻想是人类的天性,能启发思维,也是前进的动力。一时上不了天,于是人们总是幻想美好的未来。只是历史的步伐到了这个时代,有关的基础理论已经问世,人们想遨游太空的幻想变得更为科学,更为现实。上一个世纪的中叶,法国科幻小说作家儒勒·凡尔纳曾经写了一篇轰动一时的小说《从地球到月球》。这篇小说讲述了这样一个故事;美国南北战争结束以后,一些军事家无事可做,便异想天开的要到月亮上走走,建立地球与月亮之间的联系。于是他们设计了一门长275米的巨型大炮,并制造了一枚直径达2.75米、重8.74吨的铝制空心炮弹,这样可以达到11公里/秒的速度,垂直发射到月球上。这样长的大炮根本无法铸造。但是难不到这些聪明人,他们首先测量了从地球到月亮的最佳位置,确定在美国的佛罗里达洲的坦帕小镇郊外挖了一只深270多米,直径为180多米的井,当作铸炮的模具,并用1200个熔铁炉同时融化铁水,向井内浇铸,终于造成了大炮。于是在一天晚上,当月亮运行到距地球最近,又恰巧与大炮垂直的时候,这门被命名为"哥伦比亚"号的大炮点火了。三名探险家带着足够的探险工具、粮食、再生产的种子,防备月亮野兽的武器和两只小狗,乘坐在空心的铝制炮弹中被大炮送上天空。原定四天以后应该到达月球,可惜产生了偏差,在离月球很近的地方经过,被月球俘获成了月球的卫星。故事留下悬念,三名探险家的命运将会如何无人得知。
科学技术发展的历史,又一次证实了这样一个事实,每当科学有重大突破的前夜,总需要有杰出的科学家出现,他们站在人类已经获得的知识的高峰上,凭借自己的才能把科学水平推向一个新的高峰,正当人们制造宇宙速度遇到重大困难之时,1903年俄国科学家齐奥尔科夫斯基发表了著名的论文《利用喷气装置探索宇宙空间》。他认为无论是气球还是飞机的飞行,都离不开空气的浮力或升力。要飞到没有空气的星际空间,只有靠火箭,靠火箭自身携带的燃料燃烧中产生的气体喷发所产生的对火箭的反作用力而飞行的。他通过计算提出,只用单级火箭是无法达到第一宇宙速度的,需要多级火箭,人们才能飞出地球。根据以往的火箭使用固体燃料无法控制的缺点,他提出使用煤油和液氧作为液体燃料,这样燃料就可以用象汽车的伐门来调节以此来控制火箭,让火箭听话。齐奥尔科夫斯基的论断引证了他的一句名言:"地球是人类的摇篮,但人类总不会永远躺在摇篮中。",他的理论结束了人类飞天梦想的时代,开创了一个真正意义上的航天时代。他被人类尊为宇航之父,顺理成章。20多年后,美国科学家罗伯特·戈达德终于把他的理论付之于实践。
至此人类的航天梦想的实现已经是万事具备,只欠东风了,但是这个东风迟迟未到。第二次世界大战中,德国法西斯把火箭技术用于战争。名气最响的有V-2火箭,它自重13吨,最大射程达320公里,飞行时间320秒。即使从今天的新型火箭看,仍未跳出当年V-2火箭的结构框架。因此V-2火箭尽管在第二次世界大战中扮演了极不光彩的角色,却为战后发展航天运载工具奠定了基础。主持设计V-2火箭的冯·布劳尔以后成为美国第一颗人造卫星和阿波罗登月计划的核心人员。