Королев делал ракеты для военных, но мечтал начать с их помощью практическое освоение космоса. Весной 1954 г. он вместе с академиком В. Келдышем и группой ученых Академии наук определили круг задач, которые должны были решать искусственные спутники Земли. После этого главный конструктор начал бомбардировать Кремль докладными записками, в которых доказывал важность полетов в космос. Королев обратился к правительству с просьбой разрешить использовать новую ракету для запуска космического спутника. Военные заказчики были резко против. Они считали, что создание спутника отвлечет силы ученых от работ над Р-7 и требовали отложить мечты о космосе до завершения испытаний ракеты. Однако, ученым удалось убедить Хрущева в своей правоте. В рамках начинающегося во второй половине 1957 г. Международного геофизического года американцы начали готовить собственный спутник. Королев понимал, что было бы глупо и обидно, имея самую мощную ракету в мире, уступить пальму первенства в освоении космоса американцам.
В начале 1956 г. было принято постановление о создании неориентированного ИСЗ массой 1000-1400 кг с аппаратурой для научных исследований массой 200-300 кг. Ученые приступили к работе сразу над двумя спутниками. Первый, так называемый «объект-Д» (объектами А, Б, В и Г были ядерные боеголовки разных типов) весил более 1,3 т и нес на борту 12 научных проборов, на которые приходилось более двух третей его массы. Разработкой приборов занималась группа ученых под руководством М. Келдыша. Кроме всего прочего, на нем были установлены солнечный батареи, от которых питался радиопередатчик «Маяк» и магнитофон для записи телеметрии на тех участках орбиты, которые не доступны наземным станциям слежения. Правда, прямо перед стартом он вышел из строя. Чтобы космический аппарат не перегревался на солнце, была разработана система терморегуляции на основе изменения циркуляции газа внутри спутника. Кроме того была придумана оригинальная система охлаждения за счет изменения коэффициента излучения поверхности корпуса спутника. Для этого по команде термодатчика открывались и закрывались 16 секций жалюзи. Таким образом, «объект-Д», который должен был открыть космическую эру, обладал всеми системами современных космических аппаратов. Это была полноценная автоматическая космическая научная станция.
Второй спутник был биологическим. Он представлял собой головной обтекатель Р-7, внутри которого ученые разместили герметическую кабину для животного и контейнеры с научной и измерительной аппаратурой. В кабине были установлены автомат кормления, система регенерации и регулирования температуры воздуха, ассенизационной устройство, а также множество датчиков состояния животного. Спутник весил более полутоны и должен был выйти на орбиту вслед за «объектом-Д». Цель его запуска была довольно проста – доказать, что живое существо способно полететь в космос и остаться в живых.
Однако, жизнь внесла свои коррективы в планы Королева. Первым в космос полетел не нагруженный научной аппаратурой почти полуторатонный «объект-Д», а небольшой металлический шарик, снабженный простейшим радиопередатчиком. Это аппарат так и назвали – «простейший спутник» или ПС. Металлический шар диаметром чуть больше полуметра, состоящий из двух полусфер, скрепленных 36 болтами, весил всего 83 кг. На нем были установлены 4 антенны длинной 2,4 и 2,5 м. Герметичный алюминиевый корпус был заполнен азотом, циркуляцию которого обеспечивал вентилятор. Это должно было уберечь аппарат от перегрева. Также внутри размещались два передатчика весом 3,5 г и три батареи питания.
Естественно, при таком более чем скромном оснащении спутник не мог выполнять сколько-нибудь значительные научные задачи. Передаваемые им радиосигналы позволяли исследовать верхние слои ионосферы, но главное его предназначение состояло не в этом. ПС-1 должен был оказаться в космосе раньше американского аппарата и навсегда закрепить приоритет СССР как первооткрывателя космической эры. Не менее важен был и психологический эффект, на который рассчитывало советское руководство.
Простейший спутник был собран в рекордно короткие сроки в том же цеху, где стояли его более солидные собратья, на доработку которых еще требовалось время. 15 февраля 1957 г. было принято постановление правительства о его создании, а 4 октября того же года он вышел на орбиту. Принимаемый всеми радиолюбителями мира сигнал «бип-бип» возвестил о начале новой космической эре человечества. Одновременно советская Р-7, в десять раз более мощная, чем любая из американских ракет, устранила стратегический дисбаланс и обеспечила Советскому Союза статус сверхдержавы. Миф о технической отсталости СССР растворился в рокоте ее двигателей.
ПС-1 провел на орбите 92 дня, а уже 4 ноября, ровно через месяц после запуска, в космос отправился ИСЗ-2 с собакой Лайкой на борту. Первое живое существо в космосе должно было прожить на орбите неделю, однако аппарат перегрелся, и собака быстро погибла. Изначально ее возвращение на Землю предусмотрено не было. Тем не менее, главная цель была достигнута – Королев доказал возможность полета живого существа в космос.
Третий искусственный спутник Земли, «объект-Д» вышел на орбиту 15 мая 1958 г. Первый запуск 27 апреля оказался неудачным и закончился аварией ракеты на 120 секунде полета. Приборы ИЗС-3 изучали состав атмосферы на высотах полета, определяли концентрацию заряженных частиц, протонов и космических лучей, магнитных и электростатических полей, а также наличие и частоту встречи с микрометиоритами. Все это было крайне важно для дальнейших разработок советской космической программы.
