За три года, проведенные в Москве, Циолковский познакомился с основами многих наук. Он быстро освоил физику и начала математики, принялся за высшую алгебру и аналитическую геометрию, сферическую тригонометрию...
Циолковский признавался, что систематически он учился мало, а читал только то, что могло помочь ему решить вопросы, которые он "считал важными". Один из них - нельзя ли использовать центробежную силу, чтобы подняться за атмосферу. Всю жизнь потом Циолковский видел во сне придуманный им тогда прибор, он "поднимался на нем с величайшим очарованием".
Мысль о космосе не покидала его и в Рязани, куда семья Циолковских переехала в 1878 г.: здесь Циолковский стал составлять "Астрономические чертежи", и в Боровске, где он написал статью "Свободное пространство" (в Рязани К. Э. Циолковский сдал экстерном экзамен на учительское звание, а в Боровске начал свой путь учителя, который продолжался 36 лет!).
"Свободное пространство" (1883 г.)написано в форме дневника. Статья имеет авторскую пометку: "Юношеская работа". В ней молодой исследователь пришел к выводу, что "единственно возможным способом передвижения в космическом пространстве является способ, основанный на действии реакции отбрасываемых от данного тела газовых частиц вещества".
А попутно - между учительством и научными изысканиями - он дает волю воображению и создает фантастические произведения: "На Луне" и "Грезы о Земле и небе и эффекты всемирного тяготения". В "Грезах..." есть пророческие слова о том, что для научных целей следует создать искусственный спутник Земли.
О своей фантастике ученый писал: "Сначала неизбежно идут мысль, фантазия, сказка. За ними шествует научный расчет".
К научному расчету полета в космос на ракете Циолковский приступил в 1896 г. Он стремится выяснить скорости, которые необходимы для освобождения от "земной тяжести".
Внешним толчком для углубленного расчета послужила Циолковскому брошюра петербургского изобретателя А. П. Федорова "Новый принцип полета, исключающий атмосферу как опорную среду" В брошюре, насчитывающей всего 16 страниц, есть, в частности, строки о приборе, основанном на механическом принципе реакции. Константин Эдуардович прочитал ее с огромным вниманием... Верную мысль свою Федоров не подкрепил никакими математическими выкладками. Поэтому Циолковский записал: "Мне показалась она (т. е. мысль) неясной (так как расчетов никаких не дано). А в таких случаях я принимаюсь за вычисление самостоятельно - с азов... Брошюра мне ничего не дала, но все же толкнула меня к серьезным работам".
Исследование шло очень интенсивно, и уже 10 мая 1897 г. Циолковский вывел свою знаменитую формулу. Она устанавливала зависимость между скоростью ракеты в любой момент, скоростью истечения газов из сопла, массой ракеты и массой взрывных веществ.
А уже в 1898 г. он окончательно оформил свой труд "Исследование мировых пространств реактивными приборами", в котором математически обоснована возможность достижения космических скоростей.
Труд русского ученого (первая часть) был опубликован в пятом номере журнала "Научное обозрение" за 1903 г. Со времени "юношеской работы" - "Свободное пространство" - прошло двадцать лет!
"Исследование мировых пространств реактивными прибо-рами"- это первая в мире научная работа, теоретически обосновавшая возможность межпланетных полетов с помощью ракеты.
Наиболее ранняя из зарубежных публикаций на эту тему появилась во Франции спустя 10 лет-в 1913 г., в Германии - через 20...
Циолковский первым создал теорию реактивного движения, он вывел законы принципиальной важности, он создал стройную систему постепенного завоевания космоса. Русский ученый уже тогда, в 1903 г., предложил использовать для космического полета не примитивную пороховую ракету, а жидкостный реактивный двигатель. Вот как описал его изобретатель: "Представим себе такой снаряд: металлическая продолговатая камера... Камера имеет большой запас веществ, которые при своем смешении тотчас же образуют взрывчатую массу. Вещества эти, правильно и довольно равномерно взрываясь в определенном для того месте, текут в виде горячих газов по расширяющимся к концу трубам вроде рупора или духового музыкального инструмента... В одном узком конце трубы совершается смешение взрывчатых веществ: тут получаются сгущенные и пламенные газы. В другом расширенном ее конце они, сильно разрядившись и охладившись от этого, вырываются наружу, через раструбы с громадной относительной скоростью. Понятно, что такой снаряд, как и ракета, при известных условиях будет подниматься в высоту".
Уже в этом своем труде Циолковский, пролагая человечеству путь в космос, намечает ряд конструктивных элементов ракеты, которые нашли свое применение в современной ракетной технике. Здесь же он высказал и многие другие блистательные идеи - об автоматическом управлении полетом с помощью гироскопического устройства, о возможности использовать солнечные лучи для ориентировки ракеты и т. д.
Труд, как уже было сказано, появился в "Научном обозрении" - физико-математическом журнале, в котором печатались работы таких ученых, как Д. И. Менделеев, Г. Гельм-гольц, Ч. Дарвин, Р. Кох, Л. Пастер, В. Бехтерев...
Циолковский отлично понимал, что его новая большая работа встретит сопротивление. Позже он писал: "Я придумал для нее темное и скромное название "Исследование мировых пространств реактивными приборами". Несмотря на это, редактор М. Филиппов мне жаловался, что статью с большим трудом и после долгой волокиты разрешили". Действительно, волокита была долгой. Редактор обратился за поддержкой к Менделееву. Дмитрий Иванович сказал: "...я вам дам совет не как химик, а как дипломат. Сведите все ваши доводы в защиту Циолковского к пиротехнике. Докажите им, что, поскольку речь идет о ракетах, это очень важно для торжественных праздников в честь тезоименитства государя и "высочайших особ". Вот пусть вам тогда запретят печатать статью!"
Редактор воспользовался советом, и разрешение было получено. Статью опубликовали. Но надо сказать, что в "Научном обозрении" работа напечатана с ошибками и искажениями. Циолковский на одном из экземпляров сделал надпись: "Рукопись не возвращена. Издано ужасно. Корректуры не было. Формулы и номера перевраны и потеряли смысл. Но все-таки я благодарен Филиппову, ибо он один решился издать мою работу". В этом же экземпляре Константин Эдуардович исправил ошибки и опечатки, а также внес ряд изменений в текст...
В конце своей статьи (ее размер - два печатных листа) автор дал конспективный набросок того, что будет предложено в следующем номере "Научного обозрения". Однако следующего не последовало. 12 июня 1903 г. трагически погиб редактор. Полиция изъяла все документы, все рукописи, которые остались после его смерти; бесследно исчезла и вторая часть работы Циолковского.
Откликов ни на родине, ни за рубежом на это выдающееся творение не последовало. Никаких...
Прошло долгих восемь лет. Первооткрыватель пути в космос преподавал в Калуге физику, слыл среди горожан чудаком, продолжал исследования по аэростатам и дирижаблям. И вдруг - письмо из редакции "Вестника воздухоплавания". Его редактор Б. Н. Воробьев спрашивал, на какую тему хотел бы написать в журнал Циолковский? Сразу же последовал ответ из Калуги: "Я разработал некоторые стороны вопроса о поднятии в пространство с помощью реактивного прибора, подобного ракете, математические выводы, основанные на научных данных и много раз проверенные, указывают на возможность с помощью таких приборов подниматься в небесное пространство, и может быть - основывать поселения за пределами земной атмосферы..."