В 1868 году, когда сыну Константину исполнилось одиннадцать лет, Эдуард Игнатьевич неожиданно для всех подал прошение о переводе его на службу в Вятку (в далеком прошлом — город Хлынов, построенный новгородцами на месте ещё более древнего поселения; ныне же — это областной центр Киров). Новая должность была не ахти какая и чисто чиновничья — столоначальник Лесного отделения. Большой семье пришлось сниматься с насиженного места и ехать, по тогдашним понятиям, чуть ли не за тридевять земель. Одно удобство — пароход мог доставить от дома в Рязани прямиком к новому месту жительства. Он не спеша вез пассажиров по Оке, Волге, Каме и, наконец, по Вятке, на высоком берегу которой ещё в XIV веке было построено первое русское укрепление.
Почти за 500 лет своего существования Вятка превратилась в обычный губернский город, отличавшийся от прочих разве что тем, что сюда отправляли в ссылку неугодных правительству подданных, которые впоследствии, как оказывалось нередко, составляли гордость Отечества и прославляли место, куда их отправляли в качестве наказания. Так, в 30-е годы XIX века здесь служил в губернской канцелярии ссыльный Александр Иванович Герцен, а в 40-е годы его сменил другой ссыльный — начинающий писатель Михаил Евграфович Салтыков-Щедрин, дослужившийся здесь до должности советника губернского правления. Последний прожил в Вятке почти восемь лет и вскоре «прославил» место ссылки (под именем Крутогорска) в первой крупной публикации — «Губернские очерки», и особенно — в пародийной повести «История одного города», где прототипом города Глупова также послужила Вятка.
За пять лет первого пребывания в Вятке (потом он вернется туда, но ненадолго) в жизни Циолковского произошло много событий. Здесь в 1870 году он похоронил свою нежно любимую мать. А незадолго до этого неожиданно умер его младший брат Игнатий, с которым Константин был наиболее близок и которому доверял самые сокровенные мечты и тайны. Разница в возрасте была всего в один год, росли и по жизни шли рука об руку, даже в первый класс мужской Вятской гимназии поступили вместе. Но брат не проучился и года, и Константина настолько поразила его смерть, что он почувствовал себя окончательно выбитым из колеи. Глухота все больше и больше усугубляла жизнь. «Учиться в школе я не мог, — напишет он уже в старости. — Учителей совершенно не слышал или слышал одни неясные звуки».
Можно представить, как раздражал чопорных гимназических преподавателей этот глухой и к тому же строптивый малец — озорник и непоседа. Не раз наказывали его, сажали в карцер, наконец, оставили на второй год. Вскоре Константин вынужден был вообще уйти из гимназии и потом уже нигде не учился — только самостоятельно. Для кого как, но для будущего «отца космонавтики» и, разумеется, для самой космонавтики пользы от этого получилось много больше, чем если бы вместо свободы выбора образовательных ориентиров ему пришлось бы постигать массу скучных и ненужных предметов в классической гимназии.
Оборотной стороной медали под названием «свобода выбора» (как проявления более общего феномена — свободы воли) стало навсегда приклеенное к нему прозвище — «самоучка». Эта особенная и довольно редкая в научных сферах черта великого учёного выводила из себя учёных-снобов, которых на пути его многотрудной жизни встретилось предостаточно, но о которых, несмотря на их многочисленные научные звания, степени и ранги, сегодня уже никто не помнит. Зато самоучку Циолковского знает весь мир и будет прославлять до тех пор, пока во Вселенной останется хотя бы одно живое существо.
В университетах с его глухотой тоже нечего было делать. Отныне все зависело только от него самого. А силы воли, доставшейся ему от отца, Константину Циолковскому было не занимать. Не то что другим братьям: один из них — Дмитрий — уехал учиться в Петербург, поступил в alma-mater отца — Лесной институт, однако, оказавшись без присмотра, быстро спился и умер от белой горячки в 18-летнем возрасте. Константин же никогда не пил и не курил. Впрочем, дело совсем в другом. Просто он во все времена считал волю не только важнейшим человеческим качеством и оселком, на котором проверялась закалка личности, но и зримым проявлением невидимой энергии Космоса. В 1928 году он даже напишет (и, слава Богу, опубликует) один из важнейших своих философских трактатов, который так и будет называться — «Воля Вселенной».
Рисковый характер подростка дважды чуть не привел его к гибели. Первый раз весной во время половодья и ледохода он с приятелем решил покататься на льдинах, которые на какое-то время остановились, образовав затор. Перепрыгивание закончилось трагически: приняв слипшийся сор за грязную льдину, мальчики поочередно оказались в воде. Их спасло только то, что тяжёлый лёд ещё не начал дальнейшего движения вниз по реке. В другой раз он забрался на самую вершину полуразрушенной колокольни, где находился пришедший в полную негодность балкончик, и попробовал его качнуть. К ужасу смельчака и его друзей, оставшихся внизу, зашаталась вся ветхая конструкция башни, вот-вот готовая рухнуть. «Я пришел в ужас, представив себе моё падение со страшной высоты, — написал об этом событии в мемуарах Циолковский. — Всю жизнь потом мне иногда снилась эта качающаяся башня».
Склонность к изобретательству и техническому творчеству пробудилась у Циолковского очень рано. Поначалу проявилась, как и у многих других детей, так сказать, с «обратным знаком» — в стремлении узнать, как устроена заводная игрушка, для чего её по вполне понятным причинам нужно было сломать, дабы заглянуть внутрь. Обратный процесс у большинства получается хуже, и в результате техническая любознательность быстро испаряется. Но то у большинства, к коему Циолковский сызмальства не принадлежал. Он даже ухитрился тайком разобрать и собрать дорогой микроскоп. Правда, при этом случайно в какую-то щель закатилось очень маленькое, но важное стеклышко, и в результате микроскоп больше ничего не увеличивал. Но данный факт вполне можно отнести к разряду неизбежных издержек творческого и технического процесса. В целом же дела, по рассказам самого Циолковского, шли неплохо:
«Ещё в 11 лет в Рязани мне нравилось делать кукольные коньки, домики, санки, часы с гирями и пр. Всё это было из бумаги и картона и соединялось сургучом. Наклонность к мастерству и художеству сказалась рано. У старших братьев она была ещё сильней. К 14–16 годам потребность к строительству проявилась у меня в высшей форме. Я делал самодвижущиеся коляски и локомотивы. Приводились они в движение спиральной пружиной. Сталь я выдёргивал из кринолинов, которые покупал на толкучке. Особенно изумлялась тетка и ставила меня в пример братьям. Я также увлекался фокусами и делал столики и коробки, в которых вещи то появлялись, то исчезали.
Увидел однажды токарный станок. Стал делать собственный. Сделал и точил на нем дерево, хотя знакомые отца и говорили, что из этого ничего не выйдет. Делал множество разного рода ветряных мельниц. Затем коляску с ветряной мельницей, которая ходила против ветра и по всякому направлению. Тут даже отец был тронут и возмечтал обо мне. После этого последовал музыкальный инструмент с одной струной, клавиатурой и коротким смычком, быстро движущимся по струне. Он приводился в действие колёсами, а колёса — педалью. Хотел даже сделать большую ветряную коляску для катания (по образцу модели) и даже начал, но скоро бросил, поняв малосильность и непостоянство ветра. Все это были игрушки, производившиеся самостоятельно, независимо от чтения научных и технических книг».
С математикой всё оказалось несколько сложнее. Первоначально с детьми занималась мать. Однажды она попыталась объяснить маленькому Косте деление целых чисел, но тот ничего не мог взять в толк, пока его не отшлёпали. Позже ему всё пришлось осваивать заново и самостоятельно — с помощью книг по математике и естествознанию, сохранившихся у отца ещё со времени преподавательской деятельности в Рязани. Но уже тогда тянуло к практике, к проверке знаний на опыте. Вычитал про астролябию и тотчас же соорудил простейший высотомер, позволяющий измерять расстояние до недоступных и дальних предметов: например, не выходя из дома, без труда определил, сколько аршин (тогда метрической системой ещё не пользовались) до пожарной каланчи, и немедленно проверил полученный результат собственными шагами.