Jedną z pasji życia Konstantego Ciołkowskiego stanowiła kon­cepcja sterowca metalowego. Prace nad nią rozpoczął w 1875 r. i kontynuował do śmierci, bezustannie ją rozbudowując i modyfikując.

Znamienne dla jego projektu było rozwiązanie metalowej powłoki gazowej aerostatu, charaktery­styczne tym, że:
- poszczególne segmenty pokrycia są łączone przegubowo i elastycznie, przez co zmiany ciśnienia wewnętrznego gazu pociągają za sobą zmiany ich kształtu i pojemności zbiornika gazu, stale utrzymują­cego opływową formę,
- poszczególne segmenty zachodzą wzajemnie na siebie, są łączone ślizgowo i uszczelniane gumo­waną taśmą.

W 1887 r. przedstawiał swą ideę w publicznym odczycie organizowanym przez Muzeum Politech­niczne w Moskwie. Wysłuchali go wybitni uczeni rosyjscy, wśród nich: Władimir Michelson, Aleksander Stoletow, Jaków Weinberg i Mikołaj Żukowski. Odnieśli się jednak sceptycznie do projektu. W 1890 r. Ciołkowski przesłał opis sterowca VII Oddziałowi IRTO. Opiniujący go Ewgenij Stepanowicz Fedorow, inżynier wojskowy i ceniony specjalista z zakresu aeronautyki, wystawił opinię negatywną. Z podobną wystąpił Aleksander Kowanko, jeden z wybitnych pionierów aeronautyki rosyjskiej³⁵. W odpowiedzi VII Oddziału IRTO czytamy, że projekt aerostatu o zmiennej objętości (...) nie może mieć większego praktycznego znaczenia.

W 1892 r., korygując pierwotny projekt, Ciołkowski w broszurze o sterowcu metalowym uzasadniał rachunkiem realność jego budowy. Rozwijał przy tym propozycję zmiany pojemności powłoki za pomocą specjalnego urządzenia ściągającego i karbowanych płaszczyzn oraz termicznego sterowania statkiem po­wietrznym przez ogrzewanie i schładzanie gazu, co zwiększało lub zmniejszało zarazem pojemność powłoki.

Konstanty Ciołkowski projektował wiele typów swego aerostatu, niektóre sięgały gigantycznych roz­miarów (udźwig 130 000 pasażerów, długość 2000 m, wysokość 300 m). W latach 1909- 1910 rozwiąza­nia swego sterowca Ciołkowski opatentował w wielu krajach: w Anglii, Francji, Niemczech, Stanach Zjednoczonych Ameryki Płn., w Rosji, we Włoszech.

Przekrój poprzeczny jego sterowca nie stanowił koła, gdyż górą biegła poprzeczna bruzda, która pogłębiała się przy sprężaniu gazu. W późniejszych wariantach sterowca Ciołkowski zmienił usytuowanie gondoli, przenosząc ją ze spodu statku- na wierzch. Wyposażył też statek powietrzny w automatyczny stabilizator równowagi podłużnej, złożony z wygiętej rurki z rtęcią, która przy zmianie położenia aerosta­tu przesuwała się i zamykała obwód prądu. Powodowało to włączenie generatora elektrycznego, który uruchamiał pompę przemieszczającą wodę wzdłuż osi podłużnej statku powietrznego.

Już po opatentowaniu powłoki aerostatu przedstawiał jego rozwiązania na III Wszechzwiązkowym Zjeździe Lotniczym w Moskwie (1914 r.). Także tutaj spotkał się z krytycznymi ocenami. Wynalazcy to nie zrażało. Podejmował nowe obliczenia, eksperymenty, budował kolejne modele, propagował udoskonala­ne wersje sterowca. Wiele z ówcześnie budowanych modeli zachowało się do dzisiaj. Eksponowane są w Muzeum Konstantego Ciołkowskiego w Kałudze (Rosja). Tam także przechowywane są jego prace, publikowane i rękopiśmienne, szkice i projekty.

Interesujące są próby zainteresowania sterowcem metalowym rosyjskiego Ministerstwa Wojny. Po raz pierwszy wynalazca zwrócił się tutaj w 1892 r. Główny Zarząd Inżynieryjny, oceniając jego projekt, odmówił mu jednak wartości praktycznych. Ponownie powrócił on do Komitetu Elektro­technicznego Głównego Zarządu Inżynierii na początku 1897 r., kiedy to Ciołkowski przesłał na ręce ministra wojny swą broszurę Żeleznyj upravljaemyj aerostat na 200 czelovek, dlinnoju s bolszoj morskoj parachod, wydaną w Kałudze w 1896 r. Także tym razem uznano projekt za fantastyczny, pod­kreślając dyletantyzm techniczny autora, niewłaściwe proporcje aerostatu i błędy opisu. Ofertę Cioł­kowskiego oddalono.

Problem aerostatu metalowego Ciołkowski ponownie podniósł w czasie wojny rosyjsko- japońskiej. Grupa specjalistów wojskowych i techników wezwała wówczas do społecznej ofiarności, pragnąc w ten sposób zgromadzić 100 000 rubli niezbędnych do realizacji sterowca metalowego. Ulotka dotarła także do ministra wojny. Nie wywołała jednak oczekiwanej przez sygnatariuszy reakcji.

Ponowną próbę zainteresowania armii projektem podjął Ciołkowski w 1912 r. 20 października zwrócił się z prośbą o ocenę zmodyfikowanego już sterowca do Sztabu Generalnego, proponując mu przy tym zakup patentów, prezentację wykonanego przez siebie modelu (długości 2 m) i deklarując własny udział w realizacji sterowca. Do pisma dołączył wspomnianą ulotkę z 1904 r. oraz broszurę, wydaną w Kałudze w 1911 r. Zasczita aeronata. Oprócz opisu sterowca zawierała ona bibliografię publikacji Ciołkowskiego dotyczących aerostatu metalowego. 27.11.1912 r. odpowiedziano mu, aby dostarczył dokładny opis, obliczenia i rysunki Oddziałowi Żeglugi Powietrznej GIU, wskazując równocześnie, że Sztab Generalny nie ma możliwości delegowania specjalisty do Kaługi w celu obejrzenia modelu.

Ostatnią próbę wynalazca podjął już w trakcie wojny światowej. 24.01.1915 r. przesłał na adres Głównego Zarządu Wojskowo-Technicznego Ministerstwa Wojny broszurę Prostejnij projekt cisto metaliczeskogo aeronata iz volnistogo żeleza, wydaną w Kałudze w 1914 r., z rysunkami aerostatu i fotografia­mi wykonanych modeli. Także w tym przypadku jego ofertę odrzucono.

Już po rewolucji kilkakrotnie udzieliło mu wsparcia moskiewskie Stowarzyszenie Przyrodników, fi­nansując budowę kolejnych modeli aerostatu metalowego z powłoką o zmiennej pojemności. Statutowo za jeden ze swych celów uznawało odkrywanie i pomoc zdolnym samoukom. Emblematem Towarzy­stwa był uskrzydlony geniusz, któremu kowal kruszy kajdany, a hasłem Me święci garnki lepią. Zawiązała się też grupa entuzjastów idei Ciołkowskiego, a J.A. Rappaport, czerpiąc z konsultacji wynalazcy, przy­stąpił do budowy wielkiego modelu sterowca. Kolejne ulepszenia zaprezentował w wydanej kilka lat przed śmiercią broszurze Nowe w moim sterowcu.