Ya en el siglo XVII, Newton había imaginado cómo un objeto podría orbitar la Tierra: un poderoso cañón erigido en una alta montaña. Si el cañón es lo suficientemente rápido, en lugar de caer, rodeará la Tierra o incluso saldrá volando de la Tierra. Newton también calculó que para que una bala de cañón se mueva en círculo alrededor de la Tierra sin aterrizar, su velocidad debe alcanzar los 7,9 km/s, que es la primera velocidad cósmica para salir volando de la Tierra, debe alcanzar los 11,2 km/s; , que es la segunda velocidad cósmica.
En su tiempo libre, Tsiolkovsky estaba fascinado por diversas investigaciones y cálculos científicos, especialmente investigaciones teóricas sobre la navegación espacial y la propulsión de cohetes. En 1903 publicó el libro que hizo época "El estudio del espacio con herramientas a reacción" en la historia de la industria aeroespacial moderna. El libro propone la relación entre la velocidad de vuelo del cohete, la velocidad del motor del cohete, la masa del cohete y la masa de combustible: fórmula de Tsiolkovsky. Desde el lanzamiento del primer cohete hasta la actualidad, el diseño y la fabricación de todos los cohetes del mundo son inseparables de la guía de esta fórmula.
Tsiolkovsky cree que para superar la gravedad terrestre y entrar en órbita alrededor de la Tierra, es necesario utilizar un cohete de varias etapas con hidrógeno líquido y oxígeno líquido como propulsor para alcanzar la velocidad necesaria. Después de que el propulsor del cohete se quema en la cámara de combustión, produce gas a alta temperatura y alta presión, que acelera a través de la boquilla y genera fuerza de reacción para empujar el cohete hacia adelante. Como el retroceso al rociar agua con una manguera o disparar una pistola. Tsiolkovsky no sólo diseñó la propulsión de cohetes y los planes de cohetes de múltiples etapas, sino que también propuso la idea de una cápsula sellada y una estación espacial, así como un sistema de ciclo ecológico sellado y la idea de proporcionar oxígeno y alimentos a los astronautas.
Si Tsiolkovsky resolvió los problemas teóricos de los cohetes, entonces Goddard y Wenher von Braun resolvieron los problemas técnicos de los cohetes.
Robert Goddard fue el primer científico espacial de los Estados Unidos. Comenzó la investigación teórica sobre la dinámica de los cohetes desde el año 65438 hasta el 0909. Tres años más tarde, encendió un cohete de combustible sólido en un recipiente de vidrio al vacío, demostrando que los cohetes podían funcionar en el vacío. Su informe de 1919 "Métodos para alcanzar alturas extremas" estableció los principios matemáticos básicos del vuelo de cohetes. En marzo de 1926, Goddard lanzó con éxito el primer cohete: utilizando gasolina y oxígeno líquido como propulsor, medía unos 3,4 metros de largo y una masa de lanzamiento de 4,6 kilogramos. La duración del vuelo es de unos 2,5 segundos, la altitud máxima es de 12,5 metros y la distancia de vuelo es de 56 metros. Este cohete demostró la viabilidad del propulsor líquido, convirtiéndolo en el antepasado de los cohetes modernos. Antes de su muerte en 1945, Goddard realizó 34 lanzamientos de cohetes, pero la mayoría de ellos fracasaron y no recibieron financiación oficial. Posteriormente, en honor a este pionero de la ciencia espacial, la NASA nombró al gran centro de investigación ubicado en Greenbelt, Maryland, en el este de Estados Unidos, "Centro de Vuelos Espaciales Goddard".
Comparado con Goddard, Wenher von Braun tuvo mucha más suerte. Nació en Alemania en 1912. Cuando tenía 16 años, leyó el libro "Rockets to Interstellar Space" del pionero aeroespacial alemán y experto en cohetes Hermann Oberth, y se obsesionó con los viajes interestelares. Desde el 65438 hasta las 0930, Braun participó en la Sociedad Alemana de Viajes Espaciales iniciada por Obert en la Universidad Técnica de Berlín y ayudó a Obert a realizar experimentos con cohetes líquidos. Su tesis de graduación analizó en detalle la teoría y los experimentos de los motores de cohetes líquidos y fue calificada como una tesis excelente. Durante la Segunda Guerra Mundial, dirigió el desarrollo del cohete alemán V-2. El cohete V-2 utiliza alcohol y oxígeno líquido como propulsores. Tiene una longitud total de 14 m, una masa de lanzamiento de 13 t, una ojiva de 1 t y una trayectoria de vuelo máxima de 80 ~ 100 km. Después de la Segunda Guerra Mundial, Wenher von Braun fue a los Estados Unidos para dirigir la industria aeroespacial estadounidense. En 1946, Estados Unidos lanzó un cohete V-2.
El cohete voló a una altitud de 80 kilómetros y se utilizó para observar la luz ultravioleta del sol, abriendo así un nuevo capítulo en la ciencia espacial.