Так мир восстанавливался. Преобладали всё же работы: я писал, вычислял, паял, стругал, плавил и прочее. Делал хорошие поршневые воздушные насосы, паровые машины и разные опыты. Приходил гость и просил показать паровую машину. Я соглашался, но только предлагал гостю наколоть лучины для отопления паровика».
В Боровске Циолковский проработал несколько лет и в 1892 году был переведён в Калугу. В этом городе и прошла вся его дальнейшая жизнь. Здесь он преподавал физику и математику в гимназии и епархиальном училище, а всё свободное время посвящал научной работе. Не имея средств на покупку приборов и материалов, он все модели и приспособления для опытов делал собственными руками.
Круг интересов Циолковского был очень широк. Однако из-за отсутствия систематического образования он часто приходил к результатам уже известным в науке. Например, так произошло с его первой научной работой, посвящённой проблемам газовой динамики.
Но за вторую опубликованную работу «Механика животного организма» Циолковский был избран действительным членом Русского физико-химического общества. Эта работа заслужила положительные отзывы крупнейших учёных того времени Д. Менделеева и А. Столетова.
Столетов познакомил Циолковского со своим учеником Николаем Жуковским, после чего Циолковский стал заниматься механикой управляемого полёта. Учёный построил на чердаке своего дома примитивную аэродинамическую трубу, на которой производил опыты с деревянными моделями.
Накопленный им материал был положен в основу проекта управляемого аэростата. Так Циолковский назвал дирижабль, поскольку само это слово в то время ещё не придумали. Циолковский не только первым предложил идею цельнометаллического дирижабля, но и построил его работающую модель. При этом учёный создал и оригинальный прибор для автоматического управления полётом дирижабля, а также оригинальную схему регулирования его подъёмной силы.
Однако чиновники из Русского технического общества отвергли проект Циолковского из-за того, что одновременно с ним с аналогичным предложением выступил австрийский изобретатель Шварц. Тем не менее Циолковскому удалось опубликовать описание своего проекта в журнале «Научное обозрение» и таким образом закрепить за собой приоритет на это изобретение.
После дирижабля Циолковский перешёл к исследованию аэродинамики самолёта. Он детально исследовал влияние формы крыла на величину подъёмной силы и вывел соотношение между сопротивлением воздуха и необходимой мощностью двигателя самолёта. Эти работы были использованы Жуковским при создании теории расчёта крыла.
В дальнейшем интересы Циолковского переключились на исследования космического пространства. В 1903 году он опубликовал книгу «Исследования мировых пространств реактивными приборами», где впервые доказал, что единственным аппаратом, способным совершить космический полёт, является ракета. Правда, Циолковскому не хватало математических знаний, и он не смог дать детальные расчёты её конструкции. Однако учёный выдвинул целый ряд важных и интересных идей.
Те первые работы учёного прошли почти незамеченными. Учение о реактивном звездолёте только тогда было замечено, когда начало печататься вторично, в 1911–1912 годах, в известном распространённом и богато издающемся столичном журнале «Вестник воздухоплавания». Тогда многие учёные и инженеры за границей заявили о своём приоритете. Но благодаря ранним работам Циолковского его приоритет был доказан.
В этой статье и последовавших её продолжениях (1911 и 1914 годах) он заложил основы теории ракет и жидкостного ракетного двигателя. Им впервые была решена задача посадки космического аппарата на поверхность планет, лишённых атмосферы.
Открытия учёного долгое время оставались неизвестными большинству специалистов. Его деятельность не встречала необходимой поддержки.
У него была большая семья (семь человек детей) и маленькое жалованье. За все свои труды до октябрьских событий 1917 года получил он 470 рублей от Императорской академии наук. И жизнь была трудной, иногда попросту голодной, и немало было горя в ней и слёз, лишь две дочери пережили отца, горькой чашей испытаний не обнесла его судьба… Он был убеждённый домосед. Больших трудов стоило уговорить его даже на поездку в Москву, когда торжественно отмечали его семидесятипятилетие.
Революция улучшила положение учёного.
«При Советском правительстве, обеспеченный пенсией, я мог свободнее отдаться своим трудам, и, почти незамеченный прежде, я возбудил теперь внимание к своим работам. Мой дирижабль признан особенно надёжным изобретением. Для исследования реактивного движения образовались ГИРДы и институт… Моё семидесятилетие было отмечено прессой. Через пять лет мой юбилей даже торжественно отпраздновали в Москве и Калуге. Я награждён был орденом… и значком активиста от Осоавиахима. Пенсия увеличена…»
В 1926–1929 годы Циолковский решает практический вопрос: сколько же нужно взять топлива в ракету, чтобы получить скорость отрыва и покинуть Землю. Константину Эдуардовичу удалось вывести формулу, которая называется формулой Циолковского.
Выяснилось, что конечная скорость ракеты зависит от скорости вытекающих из неё газов и от того, во сколько раз вес топлива превышает вес пустой ракеты. На практике нужно ещё учитывать притяжение небесных тел и сопротивление воздуха, там, где он есть.
Расчёт показывает: для того чтобы жидкостная ракета с людьми развила скорость отрыва и отправилась в межпланетный полёт, нужно взять топлива в сто раз больше, чем весит корпус ракеты, двигатель, механизмы, приборы и пассажиры, вместе взятые. А это вновь создаёт очень серьёзное препятствие.
Учёный нашёл оригинальный выход — ракетный поезд, многоступенчатый межпланетный корабль. Он состоит из многих ракет, соединённых между собой. В передней ракете, кроме топлива, находятся пассажиры и снаряжение. Ракеты работают поочерёдно, разгоняя весь поезд. Когда топливо в одной ракете выгорит, она сбрасывается, при этом удаляются опустошённые баки и весь поезд становится легче. Затем начинает работать вторая ракета и т. д. Передняя ракета, как по эстафете, получает скорость, набранную всеми предыдущими ракетами.
Любопытно, что, не имея практически никаких приборов, Циолковский рассчитал оптимальную высоту для полёта вокруг Земли — это промежуток от трёхсот до восьмисот километров над Землёй. Именно на этих высотах и происходят современные космические полёты.
Узнав о работах Циолковского, немецкий учёный Герман Оберт написал ему: «Зная Ваши превосходные работы, я обошёлся бы без многих напрасных трудов и сегодня продвинулся бы гораздо дальше».
Космические полёты и дирижаблестроение были главными проблемами, которым он посвятил свою жизнь. Но говорить о Циолковском только как об отце космонавтики — значит обеднить его вклад в современную науку и технику.
Ещё не была рождена астроботаника, десятилетия нужно ждать ещё опытов по синтезу сложных органических молекул в условиях межзвёздной среды, а Циолковский с убеждённостью отстаивает идею разнообразия форм жизни во Вселенной. С треском разламывались на глазах ипподромной толпы лёгкие, похожие на этажерки самолётики, а Циолковский писал в 1911 году: «Аэроплан будет самым безопасным способом передвижения». Кстати, задолго до этого он первый предложил «выдвигающиеся внизу корпуса» колёса, опередив создание первого колёсного шасси в самолёте братьев Райт. Словно догадываясь о будущем открытии лазера, он ставил инженерную задачу сегодняшнего дня: космическую связь с помощью «параллельного пучка электромагнитных лучей с небольшой длиной волны, электрических или даже световых…». Не было ни одной счётно-решающей машины, да и потребности жизни не взывали ещё к спасительному могуществу числовых абстракций, а Циолковский предсказывал: «…математика проникнет во все области знания». Ему принадлежит разработка принципа движения на воздушной подушке, реализованного только много лет спустя.
Умер Циолковский 19 сентября 1935 года.
«Ракета для меня только способ, только метод проникновения в глубину космоса, но отнюдь не самоцель… Будет иной способ передвижения в космосе — приму и его… Вся суть — в переселении с Земли и в заселении космоса». Из этого высказывания К. Э. Циолковского следует важный вывод — будущее человечества связано с покорением просторов Вселенной: «Вселенная принадлежит человеку!»
