Когда пришло время выбрать компоненты топлива для межконтинентальной ракеты «Р-7», Глушко оказался перед трудным выбором. Увеличение размеров спиртового двигателя уже не давало требуемого эффекта – это показали работы над двигателем «РД-101» для ракеты «Р-2» и двигателем «РД-103М» для ракеты «Р-5М». Было ясно, что от спирта в качестве горючего в любом случае придется отказаться, перейдя на керосин, который более калориен и при этом столь же хорошо освоен промышленностью. Но при таком переходе возникали серьезные трудности: температура продуктов его сгорания в кислороде почти на тысячу градусов выше, чем у водных растворов спирта, в то время как охлаждающие свойства намного хуже. А именно горючим приходится охлаждать стенки камеры сгорания, если в качестве окислителя используется быстро испаряющийся кислород. Задача охлаждения осложнялась еще тем, что для обеспечения оптимальных характеристик керосинового двигателя необходимо поднять давление газов в камере по крайней мере в два раза по сравнению с достигнутым на спиртовых двигателях.

Работы над заменой спирта керосином Глушко начал еще весной 1948 года, когда по заданию правительства пытался создать большой кислородно-керосино-вый двигатель «РД-110» на основе немецкого опыта. Простая замена горючего не помогла: уже первые огневые испытания отдельных агрегатов выявили множество проблем, присущих немецкой конструкции со сферической камерой. К примеру, обнаружились высокочастотные колебания давления, приводившие к стремительному разрушению агрегата. Увеличение размеров камеры сгорания и давления внутри нее только способствовали развитию колебаний. Тогда стало ясно: чтобы построить работоспособный кислородно-керосиновый двигатель большой тяги, нужно отказаться от однокамерного варианта и перейти на несколько камер сгорания. Кроме обеспечения устойчивости процесса горения, многокамерная схема позволяла уменьшить высоту и массу двигателя.

Осознав, что новый груз однокамерным двигателям не «потянуть», Валентин Глушко решил сгруппировать четыре аналогичные камеры сгорания в единый блок с общим турбонасосным агрегатом. При этом высота двигателя уменьшилась, снизилась масса как хвостового отсека, так и всей ракеты в целом. Основные принципы модульной конструкции позволяли начать серийное производство двигателя без значительных изменений в существующем производстве.

Концепция многокамерности на многие годы стала «коньком» ОКБ-456, и первые серийные двигатели в этом классе – «РД-107» и «РД-108» – были созданы для ракеты «Р-7». Отработка вариантов установки проводилась на масштабных прототипах двигателей. Например, для испытаний одновременного воспламенения топлива в 32 камерах рядом с основным огневым стендом был создан отдельный стенд, на котором в общей сложности провели несколько тысяч «прожигов» двигателей без выходов на главный режим. Параллельно велась отработка камеры сгорания на основном режиме. В итоге инженерами ОКБ-456 был приобретен опыт для создания основного агрегата кислородно-керосинового двигателя – камеры с давлением газа 60 атмосфер и более.

Работы собственно с ракетой «Р-7» были начаты в Монтажно-испытательном корпусе Загорского филиала. В конце весны 1956 года группа инженеров отработала операции по сборке блоков в «пакет». Первый «прожиг» бокового блока на стенде был выполнен 1 сентября, а успешный запуск многокамерного двигателя на полное ресурсное время состоялся 24 сентября. Всего в 1956 году было проведено четыре испытания «боковушек» и одно центрального блока, после чего началась подготовка к запуску «пакета».

Все «прожиги» посещал Сергей Павлович Королёв, внимательно следивший за их ходом. Наконец, 30 марта 1957 года состоялся запуск так называемого «летного варианта пакета» с полной заправкой. О важности этого события свидетельствует тот факт, что на нем присутствовал секретарь ЦК КПСС Леонид Ильич Брежнев.

Только после того, как «пакет» отработал без замечаний, конструкторы смогли вздохнуть с облегчением. Ракета «Р-7» была допущена к полетам.

Первая летная ракета «Р-7» прибыла на техническую позицию полигона 3 марта 1957 года. Она имела заводской номер 5Л, а в разговорах называлась «номер пять» или просто «пятая». Сразу началась разгрузка и укладка блоков на монтажные тележки.

Однако 8 марта прибыла большая группа конструкторов с длинным перечнем доработок, которые следовало внести в ракету по результатам стендовых испытаний. Самыми трудоемкими оказались работы по теплозащите хвостового отсека. Во время «прожига» в Загорске обшивка из алюминиевого сплава хвостовой конструкции прогорела во многих местах. Из-за этого были повреждены огнем потенциометры обратной связи рулевых камер и кабели. Предстояло обшить хвостовой отсек тонкими стальными листами, а внутри все уязвимые элементы обмотать асбестовой защитой.

После доработок начался «чистовой» цикл испытаний отдельных блоков «пакета» в МИКе. А 5 мая мотовоз потащил платформу с ракетой «Р-7» на старт.

Пункт управления предстартовыми операциями и запуском ракеты находился в подземном («командном») бункере, построенном в 200 м от старта на глубине около 8 м. По сравнению с «однокомнатным» бункером Капустина Яра новый пункт представлялся просторной пятикомнатной квартирой. В самом большом из пяти помещений, снабженном двумя морскими перископами, вдоль стен были установлены пульты. Всё здесь было ново и заметно отличалось от примитивных систем управления первых ракет – кроме стартового ключа, позаимствованного еще у немецких пультов «Фау-2». Однажды конструкторы решили избавиться от этого устаревшего артефакта, и Николай Пилюгин даже дал указание своим сотрудникам разработать вместо стартового ключа специальный включатель. Но это предложение вдруг встретило резкое сопротивление военных. Оказалось, что армейские «пультисты» привыкли начинать операции запуска с команды «Ключ на старт!». Пришлось конструкторам уступить любителям традиций и четких команд.

Второе большое помещение предназначалось для членов Государственной комиссии по испытаниям «Р-7», почетных гостей и главных конструкторов. Оно также имело два перископа. В остальных помещениях бункера размещалась контрольная аппаратура систем телеметрии, управления заправкой, стартовыми механизмами, вспомогательные комнаты для связистов и охраны.

Таким образом, видеть запуск из бункера могли лишь четыре человека. Остальным, чтобы полюбоваться полетом ракеты, если она ушла со старта, надо было успеть выскочить наружу. Для этого требовалось одолеть шестьдесят крутых ступенек и пробежать по поверхности еще пять-семь метров.

Целью испытательных запусков было не только проверить все системы «Р-7» в полете, но и доставить габаритно-весовой макет боеголовки до специально организованного полигона Кура (поселок Ключи, Камчатка), находящегося на расстоянии 6314 км. Это было меньше проектной дальности, но в то время Советский Союз не располагал средствами наблюдения за движением ракеты в акватории Тихого океана. Кроме того, первые летные образцы были перегружены измерительным оборудованием (сами конструкторы называли их не летными, а «измерительными») и в принципе не могли выйти на дальность в 8000 км.

Первая установка «Р-7» в стартовое сооружение происходила при большом скоплении «болельщиков». Все работники полигона понимали: начинается самый ответственный этап работы, который определит их судьбы на десятилетия вперед. Только к концу дня главный конструктор комплекса Владимир Бармин, лично руководивший всем процессом установки, доложил, что свою задачу на данном этапе выполнил. «Теперь испытывайте!» – сказал он.