Тем не менее военные требовали, чтобы работа над фоторазведчиком была приоритетной, ведь пилотируемый полет не отвечал их задачам. В проекте постановления правительства, который обсуждался в феврале 1959 года, фигурировал только такой космический аппарат. Тогда Сергей Королев через Мстислава Келдыша добился включения в текст семи слов: "…а также спутника, предназначенного для полета человека". Двадцать второго мая 1959 года Постановлением ЦК КПСС и Совета Министров № 569–264 "О создании объектов "Восток" для осуществления полета человека в космос и других целей" работы над пилотируемым кораблем и спутником фоторазведки были наконец-то узаконены.

Космический аппарат "Восток" был кораблем-спутником (именно так его называли в советской прессе), то есть в принципе не мог менять высоту и наклонение орбиты. Эти параметры задавались запуском и радиоуправлением на этапе выведения. Все эволюции корабля сводились к одному, но очень важному маневру: торможению в космосе и снижению в атмосфере. Для осуществления этого маневра в приборном отсеке размещалась тормозная двигательная установка, которая должна была сработать один раз, но безотказно.

Для ускорения отработки систем корабля "Восток" его проект был разделен на три стадии согласно заводской индексации: "1КП", "1К", "ЗК". Простейший корабль "1КП" был демонстратором технологий и предназначался для отработки систем ориентации и управления. С помощью "1К" предполагалось испытать системы жизнеобеспечения и фотооборудование "Зенита-2". Корабль "ЗК" должен был стать штатным для полета человека. Индекс "2К" зарезервировали за серийным фоторазведчиком "Восгок-2" ("Зенит-2"). Все эти космические аппараты, за исключением пилотируемого, снабдили системой аварийного подрыва объекта (АПО), которая должна была уничтожить корабль, если возникала угроза его попадания в руки "потенциального противника".

По инициативе Главного разведывательного управления Генерального штаба 10 декабря 1959 года было выпущено еще одно постановление, предусматривающее раздельную разработку спутников для решения задач фото- и радиоразведки, навигации и метеорологии.

Ведущим разработчиком фотоаппаратуры для будущих агрегатов был определен Красногорский оптикомеханический завод, имевший большой опыт по созданию оборудования для аэрофотосъемки. Первый космический фотоаппарат, разработанный специалистами завода, получил название "Фтор", закрепившееся в последующие годы. В ходе проектирования камеры конструкторами космического корабля был выдвинут ряд жестких технических требований по обеспечению герметичности спускаемого устройства без искажения кадра. Одним из самых трудных при реализации оказалось требование под держания температуры с отклонением не более чем на 1 °C: от незначительной разницы температур на стеклах иллюминатора изменялась их кривизна, что для длиннофокусного объектива приводило к искажению получаемого изображения. Не менее сложным было обеспечить сопряжение фотооборудования с бортовым программно-временным устройством "Гранит" — проект предусматривал управление по командам с Земли набором светофильтров, экспозицией, выбором координат, числом кадров, началом и концом съемки.

Одно из важнейших отличий фоторазведчика "Зенит-2" от пилотируемого корабля "Восток" — необходимость поддерживать точную трехосную ориентацию на всем протяжении полета. Если корабль перед началом схода с орбиты можно было сориентировать вручную или автоматически по Солнцу с помощью фотоэлектрического датчика "Гриф", то спутник фоторазведки нуждался в устройстве, которое могло бы работать при любой освещенности и точно определять положение аппарата в системе орбитальных координат: отклонение от заданной ориентации более чем на один градус резко снижало качество изображения. Таким устройством стала инфракрасная вертикаль (ИКВ), созданная в Центральном конструкторском бюро "Геофизика" для ориентации научных спутников. Прибор различал границу между теплой Землей по всей ее окружности и холодным космосом. Инфракрасная вертикаль считалась надежной, поскольку с успехом прошла натурные испытания на геофизических ракетах "Р-5А" в августе-сентябре 1958 года. В ходе запусков первых кораблей "1КП" и "1К" предполагалось опробовать в том числе и ее работу.

Корабль "1КП" довольно заметно отличался от конечного варианта "Востока". На нем не было теплозащиты и систем жизнеобеспечения. Зато на нем установили блок солнечных батарей и новую коротковолновую радиостанцию "Сигнал". Чтобы компенсировать недостающую массу, на борт заложили тонну железных брусков. Пятнадцатого мая 1960 года с полигона Тюратам стартовала ракета-носитель "Р-7А" с дополнительной ступенью "Е". Она успешно вывела "1КП" на орбиту. Аппарат получил официальное название "Первый космический корабль-спутник". Через четыре дня по сигналу с Земли была дана команда на включение тормозной двигательной установки, однако инфракрасная вертикаль подвела: вместо того чтобы затормозить, корабль разогнался и поднялся на более высокую орбиту, на которой оставался до 1965 года. Сбой не обескуражил конструкторов — они были уверены, что справятся с проблемой.

Четвертого июня 1960 года вышло Постановление ЦК КПСС и Совета Министров СССР "О плане освоения космического пространства на 1960-й и первую половину 1961 года", в котором устанавливались сроки запусков кораблей-спутников. В мае 1960 года на орбиту должны были отправиться два "1КП"; до августа 1960 года — три "1К"; в период с сентября по декабрь 1960 года — два "ЗК" с полноценной системой жизнеобеспечения.

Поскольку американцы всерьез нацелились взять приоритет в области полета в космос первого человека, времени было в обрез. Конструкторы ОКБ-1 решили не повторять испытания "ПСП", а сразу готовить к полету "1К". Новый корабль отличался от предыдущего наличием теплозащиты и катапультируемого контейнера с подопытными животными, который создавался как один из вариантов капсулы для будущих полетов человека. Поскольку на этот раз спускаемый аппарат должен был вернуться на Землю, его снабдили парашютной системой. Парашют выпускался по сигналу барометрических датчиков на высоте порядка 10 км, а после снижения до высоты 7–8 км отстреливалась крышка люка и катапультировался контейнер с животными.

Двадцать восьмого июля 1960 года с полигона Тюратам стартовала ракета "Р-7А" с кораблем "1К" № 1. На борту находились подопытные собаки Лисичка и Чайка. Однако на 24-й секунде полета из-за возникших высокочастотных колебаний взорвалась камера сгорания блока "Г". Еще через десять секунд ракета развалилась, упав на территории полигона. Спускаемый аппарат разбился при ударе о землю, собаки погибли. Подлинную причину колебаний так и не выяснили, списав неудачу на отступление от технологических норм. Страшная гибель собак подстегнула конструкторов к созданию надежной системы аварийного спасения (САС) на этапе выведения. В этой разработке принял участие сам Сергей Королев, весьма озабоченный большим количеством отказов ракет на первых минутах полета.

К следующему запуску готовились с особой тщательностью. Девятнадцатого августа 1960 года успешно стартовала очередная ракета-носитель "Р-7А", выведшая на орбиту корабль "1К" № 2, получивший официальное название "Второй космический корабль-спутник". На его борту находились собаки Белка и Стрелка. Помимо них там же разместили и другие биологические грузы: крыс, мышей, насекомых, растения, грибы, пакеты с семенами кукурузы, пшеницы и гороха. Довольно большой объем заняли научные приборы для исследования космических лучей и телевизионная система "Селигер" с двумя передающими камерами, разработанная ленинградскими инженерами из НИИ-380. Система "Селигер" должна была не только передавать изображение находящихся в кабине собак (а впоследствии — космонавта) в реальном времени, но и послужить прототипом более совершенного комплекса "Байкал", который мог бы считывать построчно снимки, сделанные фотоаппаратом будущего орбитального разведчика. Суточный полет двух "звездных" собак прошел почти идеально, только перед посадкой выяснилось, что опять отказала инфракрасная вертикаль. Чтобы избежать повторения инцидента с первым кораблем-спутником, было решено сажать второй с помощью солнечной системы ориентации. Корабль с собаками приземлился благополучно, отклонившись от расчетного места всего лишь на 10 км. Триумф не заставил себя ждать: советские конструкторы в очередной раз продемонстрировали миру свое превосходство над заокеанскими конкурентами.