地球的周圍，是一層多用途的麵紗一一大氣層。這層大氣保護著地球上的萬物，免受從宇宙空間飛來的流星和顆粒輻射的危害；它使地球表麵維持著適宜的溫度；它給動物提供氧氣，給植物提供二氧化碳。沒有這個大氣層，地球上縱然有陽光普照，也不會有萬物生長，當然也不會有人類。
在地球引力的作用下，地球大氣層中的空氣並不是均勻分布的，它的密度隨著高的增加而逐漸降低。比如，在離地麵30千米的高空，大氣的密度隻有海平麵的百分之一點五；而在100千米的髙度上，就隻有海平麵的百萬分之一了。因此，在貼近地麵6千米高度的範圍內，空氣的質量大約占整個大氣質量的一半。在16千米的高度之內，大約包含了整個大氣質量的四分之三。
人類的航空活動，從一開始便與大氣層的密度有著直接關係。18世紀工業革命以後，隨著生產力的迅速提高，人們開始試著離開地麵，到空中飛行。1883年先後出現了熱空氣氣球和氫氣球。19世紀末至20世紀初，又從氣球發展到氣艇，出現了一代輕於空氣的新航空器。1903年，第一架活塞式飛機製造成功。1939年第一架噴氣式飛機正式誕生。隨後,在40年代裏，出現了第一批軍用噴氣式飛機。50年代，航空航天技術不斷發展，其中火箭技術的發展在其中起子重要的作用。
大半個世紀以來，航空技術的發展，實際上是一部爭取速度、高度和航程的曆史。年，當活塞式飛機的飛行速度達到每小時755千米，最大航程達到1萬千米，巡航高度達到17千米的時候，人們已經發現活塞式發動機的潛力已經挖盡了。然而，噴氣式發動機的應用，又為航空飛行開辟了新的前景。目前，最先進的噴氣式飛機，已經在3萬多米的高空以三倍多的音速飛行，在中間不用加油的情況下，持續航程可達2萬多千米一次飛行可以繞地球轉半圈。
航空技術的發展，雖然可以說已經達到相當完善的地步,但是，一切航空器，從最初級的氣球到最新式的噴氣式飛機，都隻能在大氣中飛行，而不能離開大氣。飛機要離開地麵，必須靠發動機的推動，一方麵去克服空氣的阻力，另一方麵使機翼與空氣發生相對運動，產生升力。而所有航空發動機的運轉，都必須從大氣中獲得燃料燃燒所需要的氧氣。問題的關鍵就在這裏：飛機要依賴大氣，而能支持飛機飛行的大氣層高度卻隻有30多千米，因此，它隻能在這個高度以下飛行。另外，飛機的速度也還不夠快。目前，飛機速度的世界記錄是每小時3523千米，大約隻是第一宇宙速度的八分之一。盡管日積月累的航空經驗對航天活動是極可寶貴的，但套用飛機升空的老辦法，人類是飛不出地球的。
但是火箭可以在沒有空氣的地方飛行，它不是利用空氣的浮力和升力，而是靠自身的反作用力。
反作用力是比較容易理解的，比如章魚或烏賊在迅速逃跑的時候，就靠反作用力。章魚或烏賊的身體內套裏存有一種黑色流體，當敵人侵襲它的時候，內套急劇收縮，把流體向外噴射，噴射的反作用力使它自己像箭離弦一樣迅速逃到別的地方去。
火箭噴射的不是空氣，而是燃燒產生的氣體。不同類型的火箭使用不同的燃料，但是不論哪一種，都有一個共同點，它們的推進劑都是不需要外加空氣就能燃燒的。
一般物質燃燒的時候，需要空氣裏的氧氣。例如瓶裏的蠟燭，在瓶裏的氧氣消耗完了的時候，就熄滅了。但是火箭的推進劑裏自己帶著氧，這樣在幾乎真空的宇宙空間裏，火箭也可以噴射燃燒氣體而飛行。
在沒有空氣的地方火箭也可以燃燒前進，這在1610年人們已經知道。英國的納索伯離寫的書裏就有這樣的話：“火箭也可以在水裏點火，在水裏噴射前進。”
火箭裏的推進劑既然能在水裏燃燒，那麼也應該能在宇宙真空裏燃燒。在齊奧爾科夫斯基的那個時代，關於氧氣和氧化劑的化學知識已經是掌握了的，因此他自信“火箭可以在真空狀態的宇宙空間裏使用”。他努力研究怎樣改進火箭技術，使它能在宇宙空間裏飛行，1903年寫了《利用噴氣工具研究宇宙空間》的論文，在文章裏他提出了“液體燃料火箭比固體燃料火箭更適宜於宇宙飛行”的理論。