27 марта 1968 года во время учебного полёта Юрия Гагарина с лётчиком-инструктором, командиром авиаполка и Героем Советского Союза Владимиром Серёгиным вблизи деревни Новосёлово Киржачского района Владимирской области МиГ-15УТИ вышел в закритический режим полёта, потерял управление и разбился.
Последнее сообщение от Гагарина было получено в 10:31 — он доложил об успешном выполнении учебного задания и запросил разрешение вернуться на базу. После этого машина должна была совершить разворот со снижением. Следствие показало, что самолёт ударился о землю спустя 50-70 секунд. Пилоты не предпринимали попытки катапультироваться, до последнего пытаясь вывести машину из штопора.
Точная причина катастрофы неизвестна по сей день. Выводы комиссии из архива президента Российской Федерации гласят, что самолёт сорвался в штопор из-за чрезмерно резкого манёвра — попытки уклониться от метеорологического зонда или стаи птиц. Предполагается, что пилотам не хватило для выхода из штопора и спасения двух секунд и 250 метров высоты.
Неясность причины гибели первого космонавта породила множество альтернативных версий: от сочетания неправильно настроенного высотомера и ошибочной оценки высоты облачности, или вихревой струи от пролетевшего рядом на сверхзвуке Су-15 — и до заговора, включавшего сознательные действия пилота другого самолёта. «Народную» версию о том, что Гагарин и Серёгин перед вылетом выпили по стакану водки, документы следствия не подтверждают.
Есть и совсем фантастическая гипотеза о том, что на самом деле Гагарин погиб во время секретного испытательного полёта космического корабля типа «Союз 7К-Л1». Эта модификация «Союза» разрабатывалась для доставки советской экспедиции на Луну. Аппарат под кодовым названием «Зонд-4» достиг высоты 300 000 километров, но при возвращении из-за сбоя не смог выполнить штатный манёвр входа в атмосферу. Началось неуправляемое падение в район Гвинейского залива, и обречённый корабль был уничтожен системой самоподрыва. Никаких документальных доказательств о наличии на борту людей, и тем более Юрия Гагарина, не существует.
После гибели космонавта в его вещах было найдено прощальное письмо, которое он написал перед своим космическим полётом в 1961 году:
Здравствуйте, мои милые, горячо любимые Валечка, Леночка и Галочка!
Решил вот вам написать несколько строк, чтобы поделиться с вами и разделить вместе ту радость и счастье, которые мне выпали сегодня. Сегодня правительственная комиссия решила послать меня в космос первым. Знаешь, дорогая Валюша, как я рад, хочу, чтобы и вы были рады вместе со мной. Простому человеку доверили такую большую государственную задачу — проложить первую дорогу в космос!
Можно ли мечтать о большем? Ведь это — история, это — новая эра! Через день я должен стартовать. Вы в это время будете заниматься своими делами. Очень большая задача легла на мои плечи. Хотелось бы перед этим немного побыть с вами, поговорить с тобой. Но, увы, вы далеко. Тем не менее я всегда чувствую вас рядом с собой.
В технику я верю полностью. Она подвести не должна. Но бывает ведь, что на ровном месте человек падает и ломает себе шею. Здесь тоже может что-нибудь случиться. Но сам я пока в это не верю. Ну а если что случится, то прошу вас и в первую очередь тебя, Валюша, не убиваться с горя. Ведь жизнь есть жизнь, и никто не гарантирован, что его завтра не задавит машина. Береги, пожалуйста, наших девочек, люби их, как люблю я. Вырасти из них, пожалуйста, не белоручек, не маменькиных дочек, а настоящих людей, которым ухабы жизни были бы не страшны. Вырасти людей, достойных нового общества — коммунизма. В этом тебе поможет государство. Ну а свою личную жизнь устраивай, как подскажет тебе совесть, как посчитаешь нужным. Никаких обязательств я на тебя не накладываю, да и не вправе это делать. Что-то слишком траурное письмо получается. Сам я в это не верю. Надеюсь, что это письмо ты никогда не увидишь, и мне будет стыдно перед самим собой за эту мимолётную слабость. Но если что-то случится, ты должна знать всё до конца.
Я пока жил честно, правдиво, с пользой для людей, хотя она была и небольшая. Когда-то ещё в детстве прочитал слова В. П. Чкалова: «Если быть, то быть первым». Вот я и стараюсь им быть и буду до конца. Хочу, Валечка, посвятить этот полёт людям нового общества, коммунизма, в которое мы уже вступаем, нашей великой Родине, нашей науке.
Надеюсь, что через несколько дней мы опять будем вместе, будем счастливы.
Валечка, ты, пожалуйста, не забывай моих родителей, если будет возможность, то помоги в чём-нибудь. Передай им от меня большой привет, и пусть простят меня за то, что они об этом ничего не знали, да им не положено было знать. Ну вот, кажется, и всё. До свидания, мои родные. Крепко-накрепко вас обнимаю и целую, с приветом ваш папа и Юра. 10.04.61
В СССР после гибели Гагарина впервые объявили общенациональный траур в связи со смертью человека, не бывшего главой государства.
30 марта 1968 года на Красной площади состоялся траурный митинг, в стране была объявлена минута молчания. Урны с прахом Гагарина и Серёгина были захоронены в Кремлёвской стене с воинскими почестями при огромном стечении людей.
Алексей Костенков