Воодушевленное широким мировым резонансом, советское руководство не поскупилось на награды для создателей первых искусственных спутников. В декабре 1957 года на работников ракетно-космической отрасли посыпались ордена и премии. Пользуясь моментом, Сергей Павлович Королев добился отдельного постановления о выделении средств на расширение Подлипок-Калининграда, на постройку дворца культуры, стадиона, плавательного бассейна, музыкальной школы, больницы, детского сада, новых магазинов. Дворец культуры имени Калинина заложили в 1958 году, и Королев самолично участвовал в церемонии. Главный конструктор полюбил город, в котором пришлось жить и работать.

Настало время запускать орбитальную лабораторию «Объект Д» – первый спутник, который волею судьбы стал третьим. Для этого на базе «Р-7» была разработана ракета, которая отличалась от исходной форсированной тягой двигательных установок. Материальную часть изготавливал Опытный завод ОКБ-1. Плотное размещение большого количества чувствительной аппаратуры потребовало тщательной проработки компоновки спутника с целью исключения взаимного влияния отдельных приборов.

Многие технологии использовались впервые, а пройдя проверку на «Объекте Д», нашли применение в конструкции пилотируемых космических кораблей. К примеру, помимо химических аккумуляторов, спутник был оснащен секциями полупроводниковых солнечных батарей. Во избежание перегрева, погубившего Лайку, регулирование температуры внутри герметичного корпуса осуществлялось принудительной циркуляцией теплоносителя (газообразного азота), а главное – изменением коэффициента собственного излучения: с этой целью на боковой поверхности спутника установили шестнадцать секций автоматически управляемых жалюзи.

Особое внимание было уделено системам сбора, обработки, хранения и передачи информации. Ведь спутник нес на себе двенадцать научных приборов, умевших измерять давление, ионный состав атмосферы, напряженность электростатического и магнитного полей Земли, интенсивность корпускулярного излучения Солнца, интенсивность первичного космического излучения, регистрировать ядра тяжелых элементов в космических лучах и удары микрометеоров.

Сбор информации в интересах Академии наук возлагался на наземный Контрольно-измерительный комплекс, который наконец-то получил возможность продемонстрировать свои возможности. Прежде всего была усовершенствована система связи. Если при запуске первого спутника центральный узел связи располагался на Научно-измерительном пункте № 1 (НИП-1) в Тюра-Таме, то при полете второго эти функции взял на себя специально оборудованный узел в Генеральном штабе, а перед стартом «Объекта Д» центральный узел получил собственное помещение в Москве (здание на Гоголевском бульваре, дом 6).

Особого внимания заслуживает аппаратура командной станции МРВ-2М, которая была сконструирована в НИИ-648 под руководством Николая Ивановича Белова на основе серийного минного радиовзрывателя MPB-2, оснащенного всенаправленной антенной. Станция могла передавать 20 команд в диапазоне ультракоротких волн. «Объект Д» еще не был полноценным управляемым космическим аппаратом, но его оборудование позволяло использовать командную линию. Командная станция размещалась в фургоне на основе автомашины «ЗИС», располагала собственным электрогенератором и антенной. По прибытии в заданное место она разворачивалась и через полчаса была готова к работе. В эфир станция отправляла кодированные двумя частотами импульсные посылки, причем каждая команда имела свою комбинацию частот. Командная линия была совсем новым делом для космонавтики, а потому не обошлось без курьеза. Во время подготовки «Объекта Д» на технической позиции полигона Тюра-Там одновременно в системе Командно-измерительного комплекса проводилась тренировка – станция выдавала в эфир предписанные команды. Спутник, находящийся в Монтажно-испытательном корпусе, послушно выполнял их. Легко представить, какой шок испытали конструкторы, когда сначала по транспарантам на пультах, а затем по пленкам регистрации телеметрических параметров увидели сумбурную работу систем спутника. Выяснилось, что команды приходят из эфира. Представители спецслужб, работавшие на полигоне, заподозрили происки иностранных диверсантов. В результате автомашину станции МРВ-2М брали чуть ли не штурмом. К счастью, недоразумение быстро урегулировали.

В период с октября 1957-го по март 1958 года в Подлипках было изготовлено четыре ракетных пакета «Р-7»: два отправлены на наземные стендовые испытания, а два (№ Б1-1 и Б1-2) – на полигон Тюра-Там. Первый пуск модифицированной ракеты № Б1-2 с объектом «Д-1» состоялся 27 апреля 1958 года, но спутник на орбиту не вышел из-за гибели носителя: на 89-й секунде возникли резонансные колебания боковых блоков, которые через семь секунд привели к разрушению ракеты. «Р-7» рухнула на территории полигона, в 100 км от старта. Спутник оторвался, упал отдельно и, видимо, поэтому уцелел. «Д-1» привезли в МИК и вскрыли. При этом несостоявшийся космический аппарат заискрил и полыхнул – произошло короткое замыкание проводов. Испытателям пришлось прибегнуть к огнетушителям, чтобы сбить огонь.

Борис Евсеевич Черток вспоминал:

«Келдыш и все молодое космическое научное сообщество были в трауре. Но Королев не сдался.

На заводе шла сборка дублера спутника. СП [Сергей Павлович] собрал всех своих приближенных, объявил, что, несмотря на неудачу, каждому выплачивается крупная премия при условии, что все остаются на полигоне и готовят следующий носитель. Пуск необходимо провести в середине мая. Он с Келдышем улетает в Москву для форсирования подготовки нового третьего спутника. Нелегкое это было решение, но выхода не было. Обязательства по пуску „научной лаборатории в космосе“ уже были даны Хрущеву».

Наконец 15 мая 1958 года состоялся успешный пуск ракеты № Б1-2. Третий искусственный спутник Земли массой 1327 кг вышел на орбиту, близкую к расчетной (наклонение – 65,2°; высота перигея – 226 км; высота апогея – 1881 км; период обращения – 105,95 минуты). Он активно функционировал там до 3 июня 1958 года, а с орбиты сошел только 6 апреля 1960 года, совершив 10 037 оборотов вокруг Земли. С его многочисленных приборов была получена обильная телеметрия, а впоследствии – богатая научная «жатва».

Наверное, самое значительное открытие, сделанное «Объектом Д», связано с мощными радиационными поясами, о существовании которых наука до 1958 года даже не подозревала. Вновь обратимся к мемуарам Чертока:

«Одним из сенсационных результатов, полученных с помощью научных приборов третьего спутника, было открытие высокой концентрации электронов на больших высотах, за пределами уже известной ионосферы. Сергей Николаевич Вернов, профессор МГУ, автор этих исследований, объяснял это явление вторичной электронной эмиссией – выбиванием электронов из металла спутника при столкновении с частицами высоких энергий – протонами и электронами. Помню его восторженное сообщение по этому поводу на заседании у Келдыша, где отчитывались ученые по результатам научных исследований на третьем спутнике.

Однако американский физик Дж. Ван Аллен два года спустя доказал, что на самом деле то, что замерили приборы третьего спутника, есть не результат вторичной эмиссии, а регистрация первичных частиц ранее неизвестных радиационных поясов Земли. Поэтому американцы эти радиационные пояса назвали „поясами Ван Аллена“. В оправдание Вернова надо сказать, что он ошибся по причине отказа на спутнике запоминающего устройства телеметрии. Вернов не имел возможности получить измерения радиационной активности по всему витку. Он получал измерения только в режиме непосредственного приема при пролете спутника над территорией СССР. Ван Аллен сделал свое открытие, пользуясь результатами измерений с американского спутника. Он показал, что существует область в околоземном пространстве, в которой магнитное поле Земли удерживает заряженные частицы (протоны, электроны и альфа-частицы), обладающие большой кинетической энергией. Эти частицы не покидают околоземное пространство, находясь в так называемой магнитной ловушке.