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Dans son ouvrage théorique L'exploration de l'espace cosmique par des engins à réaction (1903), il soutient que seule une fusée à propergols liquides (hydrogène/oxygène) serait assez puissante pour se libérer de l'attraction terrestre et atteindre les autres planètes.
Il écrit la loi fondamentale du rapport de masse impliquant le découpage en plusieurs tronçons des fusées, calcule et dessine une chambre de combustion à refroidissement pour deux combustibles, devenant un véritable visionnaire de l'astronautique. Cependant, enseignant pauvre et sans véritable soutien, il n'aura jamais les moyens financiers d'être un expérimentateur.
Il est considéré comme le père de l'astronautique moderne. Le 19 septembre 1935, à l'âge de 78 ans, il s'éteint à Kalouga parmi les siens.