Считая вопрос "О сжимаемости газов при столь малых давлениях, какие только можно измерять" весьма важным и требующим разработки, Дмитрий Иванович невольно должен был заинтересоваться строением верхних слоев атмосферы. Он тщательно изучает работы в этой области знаменитого английского физика Глешера, неоднократно поднимавшегося на воздушном шаре с научными целями. Позже Дмитрий Иванович писал: "Меня так заняла гордая мысль подняться выше знаменитого англичанина и постичь закон наслоения воздуха при нормальном состоянии атмосферы, что временно я оставил все другие занятия и стал изучасть аэростатику". В статьях, опубликованных в отчетах французской Академии наук, разбирая вопрос о закономерности изменения температуры в атмосфере, Менделеев подчеркивает необходимость опытной проверки своих положений с помощью аэростата, который может подняться в верхние слои атмосферы.. Он разрабатывает и проект аэростата, "... допускающего возможность безопасно оставаться на больших высотах в атмосфере". В своем сообщении Химическому и физическому обществу при Петербургском университете он высказывает возможность "... прикреплять к аэростату герметически закрытый оплетенный упругий прибор для помещения наблюдателя, который тогда будет обеспечен сжатым воздухом и может безопасно для себя делать определения и управлять шаром". К этой мысли Д.И.Менделеев возвращается и в 1873 г., утверждая, что с помощью таких аэростатов можно "... изучать условия верхних слоев атмосферы, где надобно искать зародыш всех погодных изменений, в атмосфере совершающихся".
Таким образом, Менделеев еще в 1875 г. обосновал принцип создания стратостата с герметически закрытой кабиной, осуществленный лишь спустя полстолетия. Менделеев как бы продолжал работы М.В.Ломоносова по изучению высших слоев атмосферы. В 1875 г. ( исходя из опыта французского воздухоплавателя Дюпюи де Лома,с работами которого он был знаком) Менделеев составил эскиз управляемого аэростата и сделал необходимые расчеты.
Великий ученый мечтал собрать необходимые для постройки аэростата средства за счет продажи издаваемых им книг. В 1876 г., издавая под своей редакцией книгу немецкого ученого Мона "Метеорология или учение о погоде", Менделеев пишет в предисловии: "Издавая предлагаемое сочинение, я имею в виду приобрести через продажу и распространение его средства, необходимые для устройства аэростата, назначаемого для восхождения в верхние слои атмосферы". Единственной страной, имевшей опыт постройки аэростатов, была в эти годы Франция. Менделеев решает отправиться за границу для изучения этого вопроса. Он обращается в военно-морское министерство с письмом следующего содержания:
"...Воздухоплавание бывает и будет двух родов: одно в аэростатах, другое в аэродинамах.
Первые легче воздуха и всплывают в нем. Вторые тяжелее его и тонут. Так, рыба, недвижимая и мертвая, всплывает на воду, а птица тонет в воздухе. Подражать первой уже умеют в размерах, годных для практики. Подражение второй - еще в зародыше, в размерах, негодных в жизни людей, подобных полету бабочки, детской игрушке. Но этот род воздухоплавания обещает наибольшую будущность, дешевизну (в аэростатах дорогие оболочки и газ) и, так сказать, указывается самой природой, потому что птица тяжелее воздуха и есть аэродинам.
В изложении временного состояния дела и ведении опытов необходимо преследовать оба рода воздухоплавания, так сказать, в равной мере, потому что по тому и другому еще предстоит много неясного, и в будущей истории воздухоплавания важнейшее место займут не счастливых комбинаций догадки, а строго последованные опыты, от которых можно ждать решения практических задач. Хотя оба рода воздухоплавания одинаково заслуживают исследователя, но для практической потребности, какова, например, военная, только одни аэростаты обещают дать скорый и возможный результат, тем более, что весь вопрос с теоретической стороны в главных чертах здесь окончательно ясен. А потому прежде всего должно обратиться в практике к опытам в большом виде, над хорошо обдуманным управляемым аэростатом. Не задаваясь чем-либо невозможным или мечтательным, я думая и хорошо убежден, что большим аэростатом управлять возможно в такой же мере, как кораблем. У меня есть давно начатый проект такого аэростата. На днях я его сличил вновь с основными данными тех аэростатов, которые уже выполняли задачу, и, по исправлении некоторых подробностей, думаю, что мой проект представит некоторые немаловажные преимущества. Но я не изобретатель. А потому мое содействие делу должно состоять не в том, чтобы проводить свой проект прямо в практику и настаивать на его совершенстве, а в том: 1) чтобы ближе узнать практику дела и сообразно ей ввести в проект дальнейшие улучшения; 2) чтобы сделать недостающие, предварительные опыты, необходимые для рационального выполнения проекта; 3) чтобы предварительно не секретничать, а все изложить в подробностях, необходимо дать нечто зрелое, не одну основную идею. Вот это мне и желательно. Итак, задача: направлять аэростат, как корабль, к целям практической надобности - по моему разумению разрешима. Если заняться делом аэростатики, надо будет отложить те дела, для которых я командируешь от Университета, и необходимо сделать немало новых расходов: побывать в Англии, войти в сношение с многими лицами, на что мои заграничные связи дадут мне, полагаю, возможность; надо будет закупить новые книги, приборы и т.п.
В результате моей поездки должно быть два дела: а) выполнение проекта управляемого аэростата с изложением оснований с чертежами. Этот проект должен быть представлен мне для выполнения или опубликован во всей его подробности (если не пожелают почему-либо ни выполнять, ни публиковать, то я это право ударживаю за собой).
Кроме проекта моего аэростата, я предлагаю как результат своей поездки статью, выражающую общее современное состояние вопроса о воздухоплавании. Поездка с этой целью, имеющейся уже у меня материал и, то, что всего важнее, те связи с иностранными учеными, которые дают мне мои прежние труды, позволяют мне надеяться на то, что я могу лучше, чем многие другие, получить хорошие сведения, относящиеся до этого дела. Я предполагаю избежать истории (она изложена в куче книг), приключений и подробностей, касающихся аэростатов и аэродинамов, а хочу ограничиться описанием краткой теории дела (с указанием источников для подробностей), описанием опытов над сопротивлением воздуха, систематическим изложением результатов сделанных полетов, опытами над новыми приборами для воздухоплавания, проектами, как более самостоятельным и критическим сводом, относящимся ко всему изложенному, чтобы перейти затем к своему проекту".
В архиве сохранилась докладная записка Главного инженерного управления военному министерству " О действиях г.Менделеева". В этой записке военный инженер Недзеловский докладывал о просьбе Менделеева выделить ему 12 450 рублей на предварительные опыты, издание книги и на заказ двигателя для большого аэростата и моделей.Хотя управляющий морским министерством согласился с тем,что : "...профессор Менделеев. ..более кого-либо другого способен выполнить принимаемое им на себя дело",повторилась старая история : Менделееву дали только треть необходимых средств.. Этих денег хватило только на издание книги.
В 1887 г. Д.И.Менделлев был избран академиком Петербургской Академии наук. Менделеев продолжает свою научную работу над проблемой воздухоплавания. В 1887 г. великий ученый поднялся один на воздушном шаре до высоты 3350 м для наблюдения солнечного затмения; свой полет и сделанные наблюдения он подробно описал в статье "Воздушный полет из Клина во время затмения", опубликованный в № 11 "Северного вестника" за тот же год.
Этот полет, организованный военными воздухоплавателями, показал вместе с тем и крайне низкий уровень воздухоплавательной техники того времени. Аэростат, рассчитанный на подъем двух человек, мог поднять лишь одного, главным образом потому, что газ смешивался с воздухом при поступлении в оболочку. Крайне сложна была и техника наполнения шара водородом.
На основании опыта своего полета на воздушном шаре в Клину Менделеев предлагает для наполнения аэростатов газом применить особые подушки со сжатым водородом. Из письма видно, что Дмитрий Иванович пришел к мысли о таком способе наполнения аэростата еще в 1879 г. и обсуждал это в Париже с Дюпюи де Ломом. Менделеев заканчивает письмо следующими словами: "Я охотно готов содействовать успеху нашей военной аэронавтики; когда угодно, хотя для испытания чего-либо готов и полететь, с удовольствием поделюсь мнением и советом, только избавьте от комиссий".
На отпущенные ему 2500 руб. Менделеев организовал в своей лаборатории опыты по наполнению аэростатов с помощью специальных баллонов для водорода, изучая также и возможность добывать водород более совершенными способами. Проведенное исследование позволило прийти к выводу о возможности сохранять водород с помощью "цилиндрических вместилищ для сжатого водорода" под давлением 100-120 ат.
В августе 1888 г. в Англии начали применять для хранения газа специальные стальные трубы Норденфельда. Главное инженерное управление по справке по этому вопросу писало: