К концу юношеского периода Циолковский все чаще начинает обращаться собственно к тем или иным проблемам летания, к устройству летательных аппаратов и усовершенствованиям в них.

Во время своего пребывания в Москве (1873—1876) Циолковский жадно поглощал, среди другой научной литературы, также и новые книги и статьи по вопросам воздухоплавания, которые гораздо чаще стали появляться в это время.

В течение ряда лет Циолковский то и дело возвращался к теме постройки аэростата с цельнометаллической оболочкой.

«Лет пятнадцати-шестнадцати я познакомился с начальной математикой и тогда мог более серьезно заняться физикой, — писал Циолковский. — Более всего я увлекался аэростатом и уже имел достаточно данных, чтобы решить вопрос, каких размеров должен быть воздушный шар, чтобы подыматься на воздух с людьми, будучи сделан из металлической оболочки определенной толщины. С этих пор мысль о металлическом аэростате засела у меня в мозгу. Иногда она меня утомляла, и тогда я по месяцам занимался другим, но в конце концов я опять к ней возвращался» [37] .

В 1885 году известия о больших достижениях в области воздухоплавания за границей заставили Циолковского снова вернуться к оставленной им на время научной работе по аэростатике.

В эти годы на опыте было доказано, что развитие дирижаблестроения тормозилось лишь отсутствием двигателя достаточной легкости, так как даже максимально облегченный электродвигатель дирижабля Ренара и Кребса «Ля Франс» все же весил около 10,5 килограмма на 1 лошадиную силу.

Победы воздухоплавания радовали Циолковского. Однако, ознакомившись детальнее с обстоятельствами последних полетов (весом моторов, достигнутыми скоростями и т. д.), Циолковский не нашел в них окончательного разрешения вопроса о дирижаблестроении вообще. Он предвидел и другие трудности в этом деле, помимо вопроса о легком моторе.

Со свойственным ему критическим подходом к научным данным, часто позволявшим ему заглянуть вперед намного дальше своих современников, Циолковский указал на важный общий недостаток дирижаблей с матерчатыми баллонами: на непрочность, быструю изнашиваемость и недостаточную непроницаемость их для газа. Предложив заменить матерчатую оболочку металлической, Циолковский дал расчеты геометрических очертаний бескаркасной оболочки дирижабля из тонкого листового металла. В результате этих изысканий появился объемистый рукописный труд (352 стр.) с многочисленными схематическими чертежами—«Теория и опыт аэростата».

Труд этот представлял первый не только в нашей стране, но и во всем мире теоретически разработанный принципиальный проект дирижабля с металлической (железной или медной) оболочкой и металлической сеткой, в разных вариантах по величине. От сетки Циолковский в дальнейших своих работах отказался и предложил крепить гондолу дирижабля непосредственно к так называемому основанию оболочки дирижабля. Судя по датам на рукописи, она была начата Циолковским летом 1885 года и окончена 3 сентября того же года.

Сам изобретатель так рассказывает об условиях, при которых создавалась в Боровске эта работа — одно из самых значительных его произведений:

«Лет двадцати пяти — двадцати шести я очень увлекался усовершенствованием паровых машин. У меня была металлическая и даже деревянная (цилиндр был действительно деревянный) паровая машина, обе дрянные, но все-таки действующие. Попутно я делал недурные воздуходувки и разные насосы, которые я никуда не сбывал, а делал только из любознательности в виде опыта, а также для практики паяния и кования. Через несколько лет я все это бросил, потому что ясно увидел, как я бессилен в техническом отношении и по части реализации моих идей; поэтому в 1885 году, имея 28 лет, я твердо решился отдаться воздухоплаванию и теоретически разработать металлический управляемый аэростат. Работал я почти два года непрерывно... После этого двухлетнего напряжения сил у меня целый год чувствовалась тяжесть в голове» [38] .

Трудно сказать, что намеревался делать дальше с этой работой Циолковский. Случайное обстоятельство дало ей определенное направление Невдалеке от Боровска проживал земский начальник Голубицкий. Он занимался изобретательством, печатался в газетах. В 1887 году к нему приехала Софья Васильевна Ковалевская, один из наиболее знаменитых математиков своего времени. Она прослышала о замечательном молодом самоучке-ученом, большом оригинале, учительствующем в Боровске, и просила Голубицкого познакомить ее с ним.

Голубицкий решил пригласить Циолковского к себе и с этой целью отправился к нему.

Вот как через несколько лет (по другому поводу) описывал Голубицкий свои впечатления от этого визита:

«Я познакомился с Циолковским в городе Боровске, в 1887 году, куда попал случайно несколько лет тому назад, и крайне заинтересовался рассказами туземцев о сумасшедшем изобретателе Циолковском, который утверждает, что настанет время, когда корабли понесутся по воздушному океану со страшной скоростью, куда захотят. Я решил навестить изобретателя. Первые впечатления при моем визите привели меня в удручающее наст-роение: Маленькая квартира и в ней большая семья — муж, жена, дети — и бедность из всех щелей, а посреди разные модели, доказывающие, что изобретатель действительно немножко тронут: помилуйте, в такой обстановке отец семейства занимается изобретениями.