23 сентября 1931 года Цандер учредил ГИРД – Группу изучения реактивного движения при Осоавиахиме (Обществе содействия обороне и авиационно-химическому строительству СССР). Основной целью сотрудников ГИРД на первом этапе было создание ракетоплана РП-1 – самолета с жидкостным ракетным двигателем (планера БИЧ-8 с двигателем ОР-2). 14 июля 1932 года ГИРД была преобразована из сугубо общественной группы в научно-исследовательскую и опытно-конструкторскую организацию по разработке ракет и двигателей. Тогда же Сергей Королев стал ее начальником.
Ракетопланом удалось заинтересовать военных. «Красный» маршал Михаил Николаевич Тухачевский, занимавший в то время пост начальника вооружений Красной Армии, распорядился финансировать ГИРД за счет Управления военных изобретений. Дело закипело, но, к сожалению, начались проблемы. Отправившись в санаторий на отдых, Цандер подхватил по дороге сыпной тиф и 28 марта 1933 года скончался. Не удавалось довести до кондиции и его новый двигатель ОР-2. Чтобы не затягивать процесс, было решено начать безмоторные полеты ракетоплана с целью проверки его качеств. Пилотировал планер сам Сергей Королев. Испытания 26 июля 1933 года едва не закончились катастрофой – машина оторвалась от земли лишь при третьей попытке и на большой скорости ударилась о землю. Хотя Королев уцелел, планер пришел в полную негодность.
Наиболее удачными разработками группы стали проекты небольших баллистических ракет ГИРД-09 и ГИРД-Х. Первую из них удалось запустить на Нахабинском полигоне 17 августа 1933 года. Ракета взлетела, достигнув высоты около 400 метров. Полет продолжался 18 секунд и был признан успешным. ГИРД-Х, разработанную под руководством Цандера, запустили позднее – 25 ноября.
С момента прихода в ракетостроение Сергей Королев «продавливал» идею создания соответствующего института. Путь к нему виделся через объединение различных групп, занимавшихся ракетами в Москве и Ленинграде. Производственную базу должен был обеспечить Народный комиссариат тяжелой промышленности. В качестве первой важной задачи, которой должен был заняться институт, рассматривалось создание ракеты с радиусом действия от 100 до 1000 километров «с несением не только боевой, но и живой нагрузки». Получается, что еще в 1933 году советские ракетчики собирались осуществить запуск пилотируемой ракеты за пределы атмосферы.
Королев рассчитывал на должность главы института. В его активе был опыт работ в передовой области техники; ему доверяли, выделяя крупные ассигнования. Однако когда приказом по Реввоенсовету от 21 сентября 1933 года был организован Реактивный научно-исследовательский институт (РНИИ), начальником стал кадровый офицер Иван Терентьевич Клейменов.
Несмотря на то, что положение Королева не соответствовало его амбициям, он последовательно продолжал идти к намеченной цели. В 1934 году Сергей Павлович опубликовал книгу «Ракетный полет в стратосфере», а в стенах РНИИ взялся за проектирование серии боевых крылатых ракет и высотного пилотируемого ракетоплана РП-1.
Завершить работу Королев не успел. В ночь с 11 на 12 июня 1937 года маршал Тухачевский и ряд других военачальников были приговорены к высшей мере наказания и расстреляны за участие в «военно-фашистском заговоре». Вслед за этим начались «чистки» организаций, связанных с расстрелянными. 3 ноября были арестованы директор института Иван Клейменов и его заместитель Георгий Лангемак. Черед Королева пришел несколько позже – он отправился в Бутырскую тюрьму 27 июня 1938 года.
Сначала конструктор отказывался признать себя виновным в «антисоветской деятельности», но после того, как следователь НКВД пригрозил, что аналогичные обвинения будут выдвинуты против жены Королева, а его дочь отправится в детский дом, согласился подписать соответствующее заявление наркому. Вероятно, Сергей Павлович, как и многие другие «враги народа» до него, рассчитывал оправдаться на суде. Он и представить себе не мог, что приговор подготавливался заранее. 28 сентября, за два дня до суда, члены правительства, среди которых был Иосиф Сталин, утвердили расстрельный список «Москва-центр» на 74 человека, среди которых под № 29 числился и Королев. Однако ракетчику повезло: в последний момент расстрел был заменен на десять лет лишения свободы с пятилетним поражением в правах. Королев оказался в лагерном пункте золотодобывающего прииска Мальдяк на Колыме. Там он провел пять месяцев, которые едва не стали для него последними: конструктор-планерист, мечтавший о ракетных полетах, был направлен на тяжелые землеройные работы, где подорвал здоровье и фактически умирал от цинги. Зиму 1939 года он, скорее всего, не пережил бы, но, к счастью, за него вступились летчики-герои Михаил Громов и Валентина Гризодубова.
В начале 1940 года Королева вернули по этапу в Москву, и до ноября 1942 года он трудился в Особом техническом бюро под руководством знаменитого авиаконструктора Андрея Николаевича Туполева. При этом Королев не забыл своего увлечения ракетами: после перевода в Казань, где на авиамоторном заводе № 16 создавался четырехкамерный двигатель РД-1, Сергей Павлович сразу же предложил поставить его на самолет Пе-2, получив реактивный перехватчик РП. Позднее эта работа принесла конструктору орден «Знак Почета».
Просуммировав довоенный опыт РНИИ и объединив его с результатами боевого применения реактивных минометов БМ-13 («Катюша»), Королев сконструировал две ракеты на твердом топливе: Д-1 и Д-2. Для реализации нового проекта Сергей Павлович предлагал создать Специальное бюро. В записке от 30 июня 1945 года, составленной конструктором, встречается один пункт, который совпал с планами правительства: «Ознакомить ведущих работников Спецбюро с трофейной ракетной техникой».
Вскоре Королев отправился в оккупированную Германию, где возглавил группу «Выстрел», занимавшуюся изучением вопросов предстартовой подготовки и пуска немецких баллистических ракет А-4 (V-2), которыми гитлеровцы обстреливали Лондон и Антверпен. Чтобы как-то скоординировать деятельность многочисленных специалистов, работавших на европейской территории, в марте 1946 года было принято решение о создании института «Нордхаузен», расположившегося в городе Бляйхероде: поблизости находился огромный подземный завод, в цехах которого узники концентрационного лагеря Дора собирали «чудо-оружие» Третьего рейха – самолеты-снаряды V-1 и ракеты V-2. Королев получил в этом институте должность главного инженера.
Советский Союз вступал в противостояние с США. В правительстве понимали, что если начнется новая мировая война, то вестись она будет с использованием видов вооружений, каких еще не видел свет: атомных бомб, сверхзвуковых реактивных самолетов, баллистических и крылатых ракет. 13 мая 1946 года было принято постановление Совета министров СССР № 1017-419 «Вопросы реактивного вооружения». В соответствии с ним был создан Специальный комитет по реактивной технике. В постановлении упомянут «завод № 88» – предприятие, расположившееся неподалеку от подмосковного поселка Подлипки и выпускавшее различные орудия. 30 декабря 1945 года на заводе было образовано конструкторское бюро ракетной техники, позднее – НИИ-88. В августе 1946 года Сергей Павлович Королев был назначен главным конструктором баллистической ракеты дальнего действия Р-1.
Р-1 – это точная копия немецкой А-4 (V-2), но изготовленная из отечественных материалов. Советское руководство здраво полагало, что пренебрегать немецким опытом нельзя: ракетчики должны сначала доказать, что справятся с задачей не хуже западных коллег. Было ясно, что для дальнейшего развития собственного ракетостроения потребуется и полигон. Рекогносцировочная группа за короткое время обследовала семь перспективных районов на юге от Сталинграда. В конце концов под полигон было выбрано место рядом с поселком Капустин Яр в Астраханской области. Первые офицеры приехали туда 20 августа 1947 года. Разбили палатки, организовали кухню и госпиталь. На третий день началось строительство бетонного стенда для огневых испытаний двигателей. За полтора месяца работ, к началу октября 1947 года, кроме испытательного стенда были построены стартовая площадка с бункером, временная техническая позиция, монтажный корпус и мост. Жилье не возводили: личный состав полигона ютился в палатках, дощатых времянках и крестьянских избах.
Первая Р-1 была запущена на полигоне 17 сентября 1948 года. Сразу после старта она перешла в горизонтальный полет, свалилась в пике и упала на землю. Из девяти ракет первой серии лишь одна попала в цель. Главной причиной аварий была низкая культура производства: советской промышленности не хватало сплавов, инструментов, специалистов. Королев болезненно переживал неудачи – он понимал, что срыв программы поставит крест на его карьере. Однако законы природы не обманешь: НИИ-88 понадобился еще год на то, чтобы довести производство ракет до ума. На втором этапе испытаний из двадцати новых Р-1 семнадцать достигли цели.
Поскольку немецкая V-2 сама имела массу технических недостатков, бюро Королева предложило проект ракеты Р-2, которая позволяла вдвое увеличить дальность полета. Ее корпус получался длиннее, и расчеты показывали, что при входе в атмосферу Р-2 может развалиться на части. Королев предложил решение: боеголовка должна отделяться от корпуса и падать на цель самостоятельно. Тогда же родилась идея разместить в отделяемом блоке научную аппаратуру. Пока конструкторы проектировали Р-2, оригинальную идею применили к проверенной ракете Р-1. В результате появилась Р-1А, которую прозвали «Аннушкой». В июле 1951 года на одной из этих ракет в космос поднялись два пса: Дезик и Цыган. Оба успешно пережили суборбитальный полет.
Ракеты, созданные по немецкой схеме, в принципе не могли добраться до территории США. 13 февраля 1953 года Иосиф Виссарионович Сталин подписал секретное постановление, в котором задавалась тема «Т-1» – «Теоретические и экспериментальные исследования по созданию двухступенчатой баллистической ракеты с дальностью полета 7000–8000 км». После обсуждения различных вариантов конструкторы остановились на так называемой пакетной схеме, подразумевавшей соединение нескольких однотипных ракет в одну для увеличения суммарной тяги.