父亲将他接回家后，他好不容易才被录用为中学数学教师。在业余时间里，他全力进行宇宙航行理论的研究和实验。然而，他常常不被人们所理解，认为他是一个“怪人”他用科幻小说的形式宣传宇宙航行知识，被权贵们斥为“异端邪说”。一家杂志发表一幅漫画，讽刺他头顶地、脚朝天，腋下夹着大大小小的星球，挖苦他是“一个无名之辈，无聊文人”，斥责他“企图把青少年引向邪路”。但他顶着各种奚落和打击，毫不动摇地坚持自己的事业。

经过10多年的艰苦努力，他的研究成果才开始得到门捷列夫和斯托列托夫等著名学者的赏识。为了帮他在莫斯科找到一份工作，要他把自已的研究资料和实验模型寄去。但邻居的一场大火，使他的全部研究成果化为了灰烬。不过，他毫不灰心，重新积累资料，并写成论文。可是没有人肯为他出版。他想自己把论文印出来，又没有钱。

齐奥尔科夫斯基有着彻底研究问题的良好习惯，从不放过任何微小的细节。一次，他在物理学中学到，每一个作用力都会有一个大小相等、方向相反的反作用力存在。他在学习这一定律时，并不只是停留在定律本身，而是浮想联翩。他想到，地球绕着太阳转，地球运行的离心力与太阳对地球的引力大小相等、方向相反，所以地球始终在轨道上绕太阳运行。然后，他又进一步大胆设想，如果地球发生灾变，变成了碎片，碎片将会怎么样?经过思考，他认定地球碎片的引力中心仍然会继续保持在地球绕太阳运行的轨道上。这样，他就首先抓住了“引力中心不变定律”。这个定律与作用力和反作用力定律一样，是解决宇宙航行问题的一个基础理论问题。

另一次，他在看完一本叫做《作为星际航行工具的火箭原理》的小册子后，发现书中有许多概念是错误的，于是便对火箭原理进行系统研究，这就导致了著名的火箭公式的提出，为宇宙航行理论打下了一个坚实的基础。

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