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进图书馆，在自学的过程中，有关飞行和星际航行问题已经开始强烈地吸引着他。着方面的兴趣很大程度上是受凡尔纳科学幻想小说的影响。有一天，齐奥尔科夫斯基在自学过程中，遇到了一个作用和反作用定律的问题。他通过这条定律大胆地设想：如果有一天发生了一场巨大的爆炸把地球炸成碎片，那么这些地球碎片的引力中心将仍然保持在原绕太阳运行的轨道上。这实际上就是引力中心不变定律。后来作用与反作用定律以及引力中心不变定律成了他解决宇宙航行问题的基础，当时他只有19岁。
刻苦的自学使齐奥尔科夫斯基获得了大量的科学知识，也为他后来的研究工作奠定了重要基础。1878年秋，他轻而易举地过了中学教师的资格考试，被分配到波罗伏斯克县担任中学教师，教师工资虽然微薄，但对他来说似乎是理想的生活出路。
在之后的十多年间，齐奥尔科夫斯基对很多的科学领域进行研究，包括对轻于空气的飞行器——飞艇的研究，对航天飞行诸方面问题，他一直在断断续续地进行着研究和思索，并且在1883年，他的一篇名为《自由空间》的手稿中，首次指出利用反作用装置作为外太空旅行工具的推进动力的可能性。但直到1891年之后对太空问题的研究才占据了他的主要精力和时间。
他的有关太空飞行的思想在1893年发表的科幻小说《月球上》和1895年写的《地月现象和万有引力效应》中得到了进一步发展。1896年，他开始从理论上研究星际航行的有关问题，进一步明确了只有火箭才能达到这个目的。1897年，齐奥尔科夫斯基推导出了著名的火箭运动方程式。齐奥尔科夫斯基经过几年潜心研究，于1898年完成了航天学经典性的研究论文《利用喷气工具研究宇宙空间》，并于1903�
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