Пакет ракеты «Р-7» состоял из пяти блоков (фактически – одноступенчатых ракет): центрального блока «А» и четырех симметрично окружавших его конических боковых блоков «Б», «В», «Г» и «Д». Двигатели всех блоков запускались на старте одновременно. После опустошения топливных баков боковые блоки отделялись (первая ступень), а центральный блок (вторая ступень) продолжал полет. Основные компоненты топлива располагались в нижнем (керосин) и верхнем (жидкий кислород) баках каждого блока. Вспомогательные компоненты (жидкий азот для наддува баков и перекись водорода для привода турбонасосного агрегата) размещались в торовых баках непосредственно над рамой двигателя.

Для многоступенчатой ракеты полигон Капустин Яр не годился. Дело в том, что трасса ее полета проходила в восточном направлении – фактически через всю азиатскую часть Советского Союза. Нужно было отчуждать новые районы для падения отработавших ступеней ракет, создать новые измерительные пункты (ИПы), выбрать подходящие районы для пунктов радиоуправления полетом ракеты (РУПы), оборудовать боевые поля падения головной части в восточных районах страны (на Камчатке и в акваториях Тихого океана). В итоге полигон решили возводить в Казахстане, у разъезда Тюра-Там, через который проходила железная дорога Москва – Ташкент. Первые строители прибыли на полигон в январе 1955 года и, невзирая на тяжелейшие природные условия, приступили к возведению первых построек («объект № 135»), прежде всего – стартового комплекса ракеты (площадка № 1) и монтажно-испытательного корпуса с жилым городком (площадка № 2).

Поставленную задачу военные выполнили в срок, и 3 марта 1957 года первая «Р-7» прибыла на техническую позицию 5-го Научно-исследовательского полигона Министерства обороны (НИИП-5 МО). Целью серии запусков было не только проверить все системы ракеты в полете, но и доставить макет боеголовки до специально организованного полигона Кура (поселок Ключи, Камчатка), находящегося на расстоянии 6314 км – это меньше проектной дальности, но в то время Советский Союз еще не располагал средствами наблюдения в акватории Тихого океана.

Вечером 15 мая 1957 года состоялся первый в истории запуск ракеты «Р-7». Ракета ушла со старта нормально, однако упала на землю, пролетев всего 300 км. Телеметристы выяснили, что в момент старта в хвостовом отсеке блока «Д» начался пожар, который распространился на другие агрегаты. И всё же в тот момент это было значительное достижение, показавшее принципиальную возможность полета больших составных ракет.

Поскольку советская ракетная программа была строжайшим образом засекречена, то никаких публикаций не последовало. Поэтому Юрий Гагарин, как и подавляющее большинство советских граждан, ничего не узнал о запуске, который через десятилетия назовут историческим. А если бы и узнал, то, наверное, не обратил бы внимания: в середине мая, как мы помним, решалась его личная судьба.

Второй запуск «Р-7», назначенный на 10 июня, не состоялся. Сначала дважды прошел отказ по системе зажигания. Неисправность опять выявили телеметристы: почему-то не открылся главный кислородный клапан на блоке «В». Решили, что клапан замерз, поэтому подогрели его прямо на старте. Наконец зажигание сработало, но двигатели так и не вышли на нужную тягу. «Р-7» пришлось снимать со старта. Тщательное изучение пакета показало, что виноваты сборщики: клапан азотной продувки бортовой пневмогидросхемы центрального блока был поставлен наоборот. По «горячим следам» была осмотрена следующая ракета, и там обнаружили точно такой же брак.

Третья «Р-7» стартовала через месяц – 12 июля. Запуск закончился аварией. Его предыстория такова: в бункер Сергею Королёву доложили, что «минус» бортовой батареи находится на корпусе. Была объявлена тридцатиминутная задержка. Главный конструктор, посовещавшись, решил, что это отказ датчика (такое уже случалось ранее), и принял решение пускать. В полете на прибор прошла ложная команда, и «Р-7» начала вращаться вокруг продольной оси, превысив разрешенный допуск. Автоматика произвела аварийное выключение двигателей. На 33-й секунде пакет разрушился. Блоки упали примерно в 7 км от старта и с грохотом взорвались.

Три неудачи подряд поставили под угрозу срыва всю программу. У бюро Королёва хватало конкурентов, предлагавших свои варианты межконтинентальных ракет. На полигоне состоялось весьма острое заседание Государственной комиссии. Маршал Митрофан Иванович Неделин как представитель заказчика предложил прекратить испытания, отправить все доставленные на полигон ракеты обратно и еще раз на стендах отработать каждую. Ему возразили конструкторы, мотивируя свой отказ выполнить требование маршала тем, что перевозка блоков приведет к большим затратам средств и времени.

Их аргументы возымели действие, и 21 августа 1957 года в середине дня состоялся запуск четвертой по счету «семерки». На этот раз испытателям сопутствовал успех – ракета штатно отработала активный участок траектории; макет боеголовки отделился вовремя и достиг полигона на Камчатке. Конструкторы торжествовали, однако в «бочку меда» природа добавила свою «ложку дегтя»: на высоте порядка 10 км макет разрушился от перегрева.

То же самое произошло и при запуске 7 сентября: ракета доставила боеголовку, но та развалилась в плотных слоях атмосферы. Конструкторам стало ясно, что теплозащиты, которая применялась ранее, явно недостаточно – надо проконсультироваться с аэродинамиками и поменять форму головной части. Пока искали решение проблемы, Сергей Павлович Королёв получил согласие правительства на запуск с помощью «Р-7» искусственного спутника Земли (ИСЗ).

Обсуждение технически реальных проектов искусственных спутников началось после того, как в октябре 1951 года Международный совет научных союзов при ООН принял решение об организации Международного геофизического года (МГГ): он должен был начаться 1 июля 1957 года и закончиться 31 декабря 1958 года. Сначала, 29 июля 1955 года, о своем намерении отправить спутник на орбиту заявили американцы; через четыре дня к ним присоединились советские ученые. С этого момента в мировой прессе стала активно муссироваться тема искусственных спутников, причем об этом писали как о практически свершившемся факте. И мало кто из авторов многочисленных статей и очерков сомневался, что первыми спутник запустят американцы.

Однако Сергей Королёв не собирался отдавать столь значимый приоритет США. В 1930-е годы он пришел в ракетную технику не только для того, чтобы создать новое грозное оружие, – он собирался сделать свою страну лидером в освоении внеземного пространства.

30 августа 1955 года, в то самое время, когда вовсю разворачивалось строительство 5-го полигона у разъезда Тюратам, на совещании у Василия Михайловича Рябикова, занимавшего пост заместителя министра среднего машиностроения, собрались ведущие специалисты по ракетной технике. От Академии наук присутствовал Мстислав Всеволодович Келдыш. Главный конструктор Королёв выступил с кратким сообщением о проектах спутников, после чего предложил создать в структуре АН СССР специальный орган по разработке программы научных исследований с помощью серии космических аппаратов. Келдыш с энтузиазмом поддержал его и с декабря 1955 года по март 1956 года провел ряд совещаний ученых разных специальностей, так или иначе заинтересованных в изучении околоземного пространства. Каждое совещание было посвящено одному вопросу: космическим лучам, ионосфере, магнитному полю Земли и тому подобному. Обсуждались обычно три момента: что может дать искусственный спутник для данной области науки, какие приборы нужно поставить на него и кто из ученых возьмется создавать их.