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Sebbene i missili fossero stati utilizzati sin dalla loro invenzione nella Cina del XII secolo come armi che si sono evolute da fuochi d'artificio, è stato Tsiolkovsky che ha usato la matematica e la fisica per studiare e modellare il modo in cui operavano, chiamato dinamica dei missili. Nel 1903 pubblicò l'equazione del razzo in una rivista di aviazione russa. Chiamata formula Tsiolkovsky, stabiliva le relazioni tra la velocità del razzo, la velocità del gas all'uscita e la massa del razzo e il suo propellente. Questa equazione è la base di gran parte dell'ingegneria dei veicoli spaziali fatta oggi. Nel 1929 pubblicò la sua teoria dei razzi multistadio, basata sulla sua conoscenza delle dinamiche di propulsione.
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