Сначала опыты производились самым примитивным путем и при помощи очень грубых приборов, построенных изобретателем. Аэродинамические весы Циолковского для определения законов сопротивления воздуха движущимся телам представляли собой рычаг, вращающийся на вертикальной оси. На одном конце рычага он укреплял испытываемую модель — скажем, шар или куб, а на другом — пластинку, которая служила мерилом сопротивления воздуха, или, как говорят, эталоном. Подбирая пластинки такого размера, чтобы рычаг не вращался при ветре, исследователь уравновешивал давление воздуха на испытываемую модель и на эталон, а затем делал свои заключения.

«Опыты производились отчасти в комнате, отчасти на крыше, — вспоминает Циолковский. — Помню, как я был радостно взволнован, когда коэффициент сопротивления при сильном ветре оказался мал: я чуть кубарем не скатился с крыши и земли под собой не чувствовал».

При всем несовершенстве своих приборов Циолковский все-таки установил ряд интересных положений. Так, он нашел, что с увеличением продолговатости тела его сопротивление сначала уменьшается, а затем возрастает под влиянием трения воздуха о поверхность тела. Затем он дал формулу для определения коэффициента трения воздуха в зависимости от скорости движения, определил коэффициенты сопротивления ряда моделей аэростатов.

Опубликованные в специальной работе результаты опытов сводили на нет голословные утверждения Федорова о невозможности управлять воздушным кораблем. Не довольствуясь этим, Циолковский продолжает страстно пропагандировать свои идеи. Он выпускает книгу об управляемом аэростате и одновременно печатает фантастическую повесть «На Луне». В этой повести автор не говорит ничего о том, как герои его попали на Луну — вопрос этот, видимо, еще не был решен автором даже и в плане фантастики. В другом сборнике, «Грезы о Земле и небе», Циолковский также не поднимает еще вопроса о способе совершения межпланетных путешествий, но возможность их ему представляется несомненной.

Однако Циолковский ищет и реального способа передвижения по воздуху. Твердо веруя в свой дирижабль, он на некоторое время увлекается и идеей аэроплана, публикуя в 1895 году свое замечательное сочинение: «Аэроплан, или птицеподобная летательная машина», где дает чертежи и расчет самолета, удивительно приближающегося к современному типу. А через три года, в 1898 году, Циолковский выводит формулы теории ракетного движения и таким образом располагает, хотя бы и в плане теоретическом, возможностью решить вопрос о наиболее реальном средстве для межпланетных сообщений.

Публикуя через пять лет свою знаменитую статью «Исследование мировых пространств», Циолковский решает вопрос в пользу ракеты.

Вопросами ракетоплавания Циолковский занимался неустанно все последнее десятилетие XIX века, и это были годы необычайного расцвета его творческой жизни В середине этого десятилетия ему удалось перевестись учителем в Калугу. Здесь и остается до конца своей долгой жизни необыкновенный ученый, изобретатель и исследователь.

В маленьком домике на краю города он совершенствует методику своих аэродинамических опытов и убеждается, что для повышения точности исследования необходимо иметь регулярное течение воздушных струй, искусственный ветер. Так совершенно самостоятельно он приходит к идее «аэродинамической трубы». Такие трубы, или, как он сам их называл, «воздуходувки», Циолковский начал строить у себя в Калуге с 1897 года. Искусственный ветер в них производился при помощи вентилятора. Вентилятор приводился в движение падающим грузом — у изобретателя не было мотора. Испытываемая модель помещалась перед устьем трубы на поплавке, погруженном в воду. Давление ветра на модель измерялось при помощи простой нитки, привязанной к модели и перекинутой через блок. К другому концу нитки подвешивались грузы.

При помощи своих «воздуходувок» Циолковский исследовал поверхности разных форм и при разных углах наклона их к скорости воздушного потока. В результате он дал ряд ценнейших выводов, относящихся к определению влияния диаметра, длины, формы, скорости на сопротивление тел.

Одновременно Циолковский предложил гидростатический метод испытания моделей дирижаблей, основанный на том, что вода, налитая в модель оболочки, распирает ее так же, как давил бы легкий газ изнутри. Этот остроумный метод, придуманный Циолковским, теперь несколько усовершенствован и применяется в соответствующих случаях при испытании. Модель вешают «вверх ногами» и наливают водой. Вода изображает при этом подъемную силу газа, с тем, конечно, отличием, что в то время как подъемная сила газа в дирижабле тянет его кверху, вода тянет модель книзу. Но дело в том, что так называемое сверхдавление в дирижаблях возрастает по линейному закону снизу вверх, а гидростатическое давление по такому же закону растет сверху вниз, и, стало быть, можно создавать подобие между гидростатическим давлением и аэростатическим сверхдавлением. Это основное свойство обоих давлений дает возможность на моделях осуществлять чрезвычайно простым способом такое распределение нагрузок на них, которое позволяет исследовать на модели то, что произойдет потом с воздушным кораблем: определить его прочность в наиболее опасных местах, измерить напряжения, определить деформации, предсказать, где нужно внести изменение в ту или иную конструкцию, — одним словом, предвидеть весьма большое количество деформаций и напряжений, которые при расчетах совершенно даже не поддаются никакому учету.

Если проекты дирижабля и самолета рождали только недоверие, то исследование мировых пространств ракетными приборами были отнесены уже к области чистейшей фантастики. Но движимый глубокой верой в свою правоту, жаждущий быть полезным и нужным своей стране, своему народу, Циолковский продолжал рассылать свои брошюры, печатаемые в Калуге за собственный счет, хотя у рядовых читателей они вызывали усмешки, людей науки они раздражали. В калужской типографии не нашлось латинского шрифта и математических знаков, поэтому Циолковский заменял принятые обозначения новыми, им изобретенными, а это производило впечатление оригинальничания, манерности. Вынужденная манерность, кажущееся оригинальничание, вместе с желтыми, дешевыми обложками дурно напечатанных брошюр, внушали к книгам Циолковского недоверие. Находилось очень мало людей, которые могли бы оценить при таких условиях идеи гениального человека.

А между тем самолет, или «птицеподобная летательная машина», уже плавал в воздухе, и наступил день, когда эта машина пролетела над улицами Калуги.

В Германии появились дирижабли с жесткой оболочкой. Появились во Франции, в Германии, в Америке, через двадцать лет после работ Циолковского, после его теории космической ракеты… Константин Эдуардович как-то просмотрел присланную ему Я. И. Перельманом одну из этих работ и написал в ответ:

«У Оберта много сходства с моим „Вне Земли“: скафандры, сложная ракета, привязка на цепочку людей и предметов, черное небо, немерцающие звезды, зеркала в мировом пространстве, световая сигнализация, база вне Земли, путешествие с нее дальше, огибание Луны; даже масса ракеты, поднимающей людей, 300 тонн, как у меня, изучение Луны и Земли и много другого».