Естественно, отсидка не могла не повлиять на мировоззрение Кибальчича. В тюремную камеру вошел студент с либеральными взглядами, а вышел – боевик с радикальной программой. Он сам нашел связь с исполнительным комитетом партии «Народная воля» и сам предложил им изготовлять бомбы для совершения террористических актов.
13 марта 1881 года (по новому стилю) народовольцы убили царя Александра II. Суд, состоявшийся с 7 по 9 апреля 1881 года в Санкт-Петербурге, завершился вынесением смертного приговора всем шести обвиняемым.
Организатором группы был Александр Желябов, который во время суда не упускал ни малейшей возможности выступить с обличительной политической речью. Непосредственно в царя бомбы метали Рысаков и Гриневицкий. Участие же Кибальчича выразилось в том, что он изготовил бомбы и обучил боевиков пользоваться ими.
Кибальчич был арестован 29 марта 1881 года. Он снова оказался в камере – во внутренней тюрьме Петербургского жандармского управления, расположенной на набережной Фонтанки. Кибальчич, разумеется, понимал, что смертный приговор неизбежен. И понимание этого вернуло его душе покой. Напряжение последних дней схлынуло. Все, что Николай мог сделать для революции и наступления эры справедливости, он уже сделал – хватало времени посидеть, подумать, вспомнить прошлое и даже пофантазировать о будущем. Именно в камере смертников Кибальчич занимался тем делом, которому при другом развитии событий мог бы посвятить всю жизнь. Его эрудиция, его природные таланты, его познания в области транспорта и взрывчатых веществ соединились, чтобы произошел качественный скачок, и разночинец Николай Кибальчич сделал открытие, опередившее время.
Адвокат Герард в обращении к сенату рассказывал:
«Когда я явился к Кибальчичу, как назначенный ему защитник, меня прежде всего поразило, что он был занят совершенно иным делом, ничуть не касающимся настоящего процесса. Он был погружен в изыскание, которое он делал о каком-то воздухоплавательном снаряде; он жаждал, чтобы ему дали возможность написать свои математические изыскания об этом изобретении. Он написал их и представил по начальству…»
Эта записка ныне известна под названием «Проект воздухоплавательного прибора.» Ее приобщили к делу и положили в архив Департамента полиции.
Предложенный Кибальчичем «воздухоплавательный прибор» имел вид платформы с отверстием в центре. Над этим отверстием устанавливалась цилиндрическая «взрывная камера», в которую должны были подаваться «свечки» из прессованного пороха. Для зажигания пороховой свечки, а также для замены их без перерыва в горении Кибальчич предлагал сконструировать особые «автоматические механизмы.»
Машина сначала должна была набрать высоту, а потом перейти на горизонтальный полет, для чего «взрывную камеру» следовало наклонять в вертикальной плоскости. Скорость предполагалось регулировать размерами пороховых «свечек» или их количеством. Устойчивость аппарата при полете обеспечивалась продуманным размещением центра тяжести и «регуляторами движения в виде крыльев.» Мягкая посадка «воздухоплавательного прибора» должна была осуществляться простой заменой более мощных пороховых «свечек» на менее мощные.
Летательный аппарат Кибальчича принципиально был пригоден и для полетов в безвоздушном пространстве. Сам автор об этом не говорил. Он ставил перед собой более скромную задачу, что явствует даже из названия проекта – все же косность тогдашних представлений сковывала и его выдающийся ум. 