O desenvolvimento do míssil balístico intercontinental que mais tarde iria dar origem a uma família de lançadores que ainda hoje são utilizados para colocar em órbita os mais variados tipos de cargas desde veículos tripulados, passando por satélites científicos e de origem militar, foi iniciado nos anos 50 por Serguei Korolev.
Este míssil tinha a capacidade de lançar uma carga de 5.370 kg a uma distância de 12.000Km (na sua versão melhorada). O R-7 era também designado por Semyorka (Pequeno Sete), além de SS-6 (Departamento de Defesa dos Estados Unidos), A (Livraria do Congresso dos Estados Unidos ou Designação Sheldom), Sapwood (NATO) e 8K71 (Designação do fabricante). No total tinha um comprimento de 28,0 metros, um diâmetro de 3,0 metros (excluindo os propulsores laterais que constituíam o primeiro estágio), um peso bruto de 267.700 kg e sendo capaz de desenvolver 396.300 kgf no seu lançamento.
Na essência o veículo era constituído por dois estágios (havendo investigadores que o considerem de 1½ estágios). O primeiro estágio era constituído por quatro propulsores laterais a combustível líquido (Bloco B, V, G e D) que tinham um comprimento de 19,0 metros, um diâmetro de 2,7 metros e um peso bruto de 43.100 kg, pesando 3500 kg sem combustível. Cada propulsor desenvolvia 99.000 kgf no lançamento, tendo um Ies de 306s (Ies-nm de 250s) e um Tq de 120s. Estavam equipados com um motor RD-107 (8D74), desenhado por Valentin Glushko, e que consumia LOX e querosene. O RD-107 tinha um peso de 1155 kg, um diâmetro de 0,7 metros e um comprimento de 2,9 metros. O motor tinha quatro câmaras de combustão, com um Tq de 140s. Os quatro propulsores separavam-se do corpo principal do míssil após 120s de voo e caiam sobre os desertos da então República Socialista Soviética do Cazaquistão.
O corpo principal do R-7 (Bloco A) tinha um comprimento de 28,0 metros, um diâmetro de 3,0 metros e um peso bruto de 95.300 kg, pesando 7.500 kg sem combustível. No lançamento desenvolvia uma força de 93000 kgf, com um Ies de 308s (Ies-nm de 241s) e um Tq de 330s. Estava equipado com um único motor RD-108 (8D75) que consumia LOX e querosene (RG-1). O RD-108, também desenvolvido por Valentin Glushko, tinha um peso de 1.278 kg, um diâmetro de 0,7 metros e um comprimento de 2,9 metros. O motor tinha quatro câmaras de combustão, com um Tq de 340s.
Todos os motores entravam em ignição no início do lançamento, permitindo assim o controlo dos motores a uma pressão atmosférica normal. O controlo do veículo em voo era realizado por motores vernier localizados tanto nos propulsores laterais como no corpo principal do míssil. O controlo aerodinâmico era conseguido ao se colocar estabilizadores na base dos propulsores laterais.
Um sistema de controlo independente e outro sistema de comando via rádio, providenciavam uma estrutura combinada de comando ao veículo. O sistema de controlo independente controlava o veículo em relação ao seu centro de massa e o seu movimento em relação à trajectória previamente estabelecida, enquanto que controlava também a utilização sincronizada de combustível nos quatro propulsores e no corpo principal. O sistema de rádio realizava as correcções de trajectória durante o voo e permitia um aumento de precisão à chegada ao alvo a atingir.
O R-7 tornou-se no primeiro míssil balístico intercontinental utilizado pela União Soviética e teve a sua origem nos planos governamentais iniciados de 1953 com o requerimento do desenvolvimento de um míssil balístico capaz de transportar uma ogiva com um peso de 3.000 kg e com um alcance entre os 7.000 km e os 8.000 km.
Os primeiros passos para o desenvolvimento do míssil balístico intercontinental dão-se a 4 de Dezembro de 1950 com um decreto emitido pelo Conselho de Ministros da União Soviética. O desenvolvimento do R-7 foi acompanhado pelo desenvolvimento dos projectos que mais tarde dariam lugar ao Sputnik-3, quando a 4 de Outubro de 1951 M. K. Tikhonravov anuncia publicamente num jornal americano que a União Soviética tornou viável os voos espaciais e a construção de satélites artificiais. Segundo Tikhonravov, o desenvolvimento dos foguetões na União Soviética igualara ou mesmo ultrapassara a tecnologia do ocidente nesta área.
A 13 de Fevereiro de 1953 é emitido um importante decreto pelo Conselho de Ministros que regulamenta a aprovação dos projectos T1 e T2, e aprova os trabalhos no desenvolvimento dos mísseis R-5, R-11 e EKR. No seguinte mês de Abril, é dada a autorização para o início do desenho do R-7. Ao mesmo tempo que Korolev inicia o seu projecto, outros centros de investigação avançam com projectos alternativos, tais como o míssil Buran (OKB-23 de Myachischev) e o míssil Burya (OKB-301 de Lavochkin).
Os primeiros testes neste lançador foram iniciados em finais de 1953 e cedo se concluiu que o seu desenho original deveria ser substancialmente alterado. Devido à necessidade de se transportar uma pesada ogiva termonuclear e de forma a manter o alcance previamente estabelecido, a massa do míssil no lançamento foi alterada de 170t para as 280t. Um outro aspecto que teve de ser equacionado nesta altura do desenvolvimento do R-7, foi a deliberação sobre o local de lançamento do míssil. Esta decisão é tomada a 17 de Março de 1954 quando Tyura-Tan e Vladimirovka (Plesetsk) são escolhidos como futuros locais de lançamento tanto para o R-7 como para os outros projectos em desenvolvimento.
O desenvolvimento em grande escala do R-7 foi finalmente aprovado a 20 de Maio de 1954 com o decreto 956-4088 (“Acerca da Aprovação do Trabalho nos mísseis R- 7, R-5R e M5RD”). Dez dias mais tarde o Conselho dos Projectistas Chefes aprova o inicio do desenvolvimento do míssil R-7 e no mês de Junho é emitido um decreto governamental que aprova o plano de desenvolvimento do míssil, cujo projecto inicial é aprovado em 20 de Novembro de 1954.
Tyura-Tan é escolhido em 12 de Janeiro de 1955 como o local onde terão lugar os primeiros testes com o míssil. No início desse ano chegam a Tyura-Tan os primeiros trabalhadores que fundam a cidade de Zarya que se localiza perto de um apeadeiro denominado Tyura-Tan. A cidade de Zarya será mais tarde designada de Leninsk (Janeiro de 1958), mas a designação de Zarya será utilizada pelos controladores de voo soviéticos. As primeiras construções surgem em Tyura-Tan em Abril de 1955 e no mês de Agosto iniciam-se as primeiras escavações no local que mais tarde dará origem ao Complexo LC1 de Baikonur.
Uma das maiores dificuldades no desenvolvimento do R-7 esteve do desenho de um sistema de orientação devido ao facto de o míssil ter como objectivo percorrer uma grande distância em comparação com outros veículos anteriores. Um sistema de orientação por inércia, tal como o que havia sido utilizado pelos cientistas e engenheiros alemães no míssil V-2 (A-4), seria completamente inadequado devido ao grande erro associado às tecnologias utilizadas no seu período de desenvolvimento. Assim, foi desenvolvido um sistema duplo de controlo autónomo e por via rádio que providenciavam uma estrutura combinada de comando ao veículo. O sistema de controlo independente controlava o veículo em relação ao seu centro de massa e o seu movimento em relação à trajectória previamente estabelecida, enquanto que controlava também a utilização sincronizada de combustível nos quatro propulsores e no corpo principal. O sistema de rádio realizava as correcções de trajectória durante o voo e permitia um aumento de precisão à chegada ao alvo a atingir.
O R-7 era um míssil completamente diferente do que até então se tinha visto. No lançamento todos os motores entravam em ignição, criando atrás de si uma chama enorme. A uma altitude de 50 km e a uma distância de 100 km do seu local de lançamento, dispositivos pirotécnicos “cortavam” as ligações dos quatro propulsores ao corpo principal do míssil.
Ainda em funcionamento, mas bem com menos força, os propulsores iniciavam um movimento lateral afastando-se do corpo central e quando atingiam uma determinada inclinação, válvulas no topo dos propulsores abriam-se automaticamente deixando escapar oxigénio sobre pressão
aumentando assim a distância entre os diferentes blocos e o Bloco A ainda em ignição. Este continuava o voo até atingir uma altitude de 170 km e uma distância de 700 km, altura em que o motor terminava a sua queima. A carga entrave então numa trajectória balística até atingir o seu alvo.
O R-7 sofreu vários atrasos consideráveis em 1956 devido ao desenvolvimento do seu motor principal, mas a 20 de Março é autorizado o início dos voos de teste por decreto governamental.
Nos meses de Junho e Julho de 1956 são terminados os projectos de dois satélites artificiais. O programa Zenit tem o seu primeiro conceito de satélite de fotorreconhecimento e o departamento de Tikhonravov no OKB-1 de Korolev termina os planos do satélite ISZ que mais tarde ficaria conhecido como Sputnik-3. O satélite ISZ deveria ter sido o primeiro satélite artificial da Terra sendo lançado pelo R-7, no entanto atrasos no seu desenvolvimento levaram à criação do satélite PS-1 (Sputnik-1). O projecto do ISZ é aprovado a 30 de Setembro e o satélite é designado como Objecto D, sendo a comparticipação da União Soviética para o Ano Geofísico Internacional.
Os preparativos em Tyura-Tan prosseguiam bom ritmo e em Agosto é instalado o primeiro equipamento de terra no futuro cosmódromo. No final desse é aprovada a Comissão Estadual que supervisionaria os voos de teste do R-7.
Os atrasos no desenvolvimento do ISZ levam a que a 15 de Fevereiro de 1957 seja aprovada a construção de um satélite simples (PS-1) que será lançado durante um voo de teste do R-7 cujo programa de voos já havia sido aprovado no dia 11 de Janeiro. A aprovação do desenvolvimento do Sputnik-1 é estabelecida no decreto governamental 171-83 (“Medidas a Levar a Cabo Durante o Ano Geofísico Internacional – Lançamento de Satélites Simples em Meados de 1957”).
Apesar das dificuldades encontradas em diversas fases de preparação do R-7, Korolev aprova a 4 de Março os preparativos para o primeiro voo. Nos dias que antecederam a estreia do R-7 foram levados a cabo vários ensaios em Tyura-Tan com o veículo a ser colocado na plataforma de lançamento no Complexo LC1.
O veículo M1-5 foi finalmente colocado na plataforma de lançamento no dia 6 de Maio numa cerimónia que seria repetida em todos os lançamentos a partir de então, constituindo uma das muitas tradições que antecedem os lançamentos espaciais russos. Enquanto que o míssil era transportado, vários membros da Comissão Estadual acompanharam a pé o veículo até à plataforma.
Os membros da Comissão Estadual reuniram-se na noite do dia 14 de Maio para estabeleceram a hora do lançamento do primeiro R-7 que deveria obedecer a alguns requisitos importantes. O lançamento deveria ocorrer durante o dia para permitir a observação por meios ópticos, mas a reentrada sobre o alvo (o vulcão Kluchevskhaya-Soka localizado na península de Kamchatka) deveria ocorrer à noite para permitir observar a reentrada da ogiva. No entanto, o lançamento deveria ocorrer o mais tarde possível, e de preferência com os últimos raios de Sol, para que as estações de observação dos Estados Unidos não tivessem a oportunidade de observar o lançamento.
O abastecimento do R-7 iniciou-se às 0100UTC do dia 15 de Maio e após alguns problemas registados nesta fase, deu-se o lançamento às 1601UTC. O voo do R-7 8K71 M1-5 parecia correr sem qualquer problema, mas aos 98s de voo o propulsor D separou-se do corpo central originando a desintegração do veículo e despenhando-se a 400 km do local de lançamento.
Uma segunda tentativa de lançar o R-7 foi realizada a 9 de Junho com o veículo M1-6. Durante as fases finais da contagem decrescente um problema com uma válvula de controlo de nitrogénio originou o cancelamento das operações. O mesmo problema voltou a acontecer a 10 de Junho e no dia seguinte o lançamento foi cancelado definitivamente também devido ao mau funcionamento de uma válvula que havia sido colocada ao contrário.
A 12 de Julho de 1957 o veículo M1-7 elevou-se graciosamente da plataforma LC1 originando gritos de alegria do pessoal em terra. Entretanto havia surgido um problema no sistema de controlo devido a um curto circuito na bateria de energia. A 33s de voo os quatro propulsores laterais separaram-se do corpo central devido aos efeitos da rotação em torno do eixo longitudinal do lançador.
O moral estava baixo e parecia que todo o trabalho de Korolev nos últimos anos não daria qualquer
resultado. Porém, e após semanas de preparação, o veículo M1-8 foi lançado da plataforma LC1 às 1215UTC do dia 21 de Agosto de 1957. Desta vez tudo correu como planeado com os propulsores a separarem-se na altura devida e o míssil a percorrer 6500 km, reentrando na atmosfera terrestre sobre a península de Kamchatka. O único problema registado deu-se com a ogiva do R-7 que se desintegrou a 10 km de altitude a caminho do alvo devido a um excesso de forças termodinâmicas. Este acabou por ser o primeiro lançamento bem sucedido de um míssil balístico intercontinental com a agência noticiosa soviética TASS a anunciar o acontecimento no dia 26 de Agosto.
Um segundo lançamento bem sucedido deu-se a 7 de Setembro com o veículo M1-9 tendo, no entanto, se verificado o mesmo problema com a ogiva do míssil durante a reentrada na atmosfera terrestre.
Enquanto se procedia ao melhoramento e desenvolvimento do R-7, os preparativos para colocar em órbita o primeiro satélite artificial decorriam a bom ritmo em Tyura-Tan e o lançamento do Sputnik (00002 1957-001A 1957 Alfa 1) tem lugar às 1928:34UTC do dia 4 de Outubro.
O foguetão 8K71PS (nº M1-1PS) coloca o satélite, também designado PS-1 ou 1-y ISZ, numa órbita com os seguintes parâmetros: apogeu 947 km, perigeu 228 km, inclinação orbital de 65,6.º e período orbital de 96,17 minutos. No lançamento alguns problemas levaram a que o apogeu orbital ficasse 8 km abaixo do anteriormente previsto, devido ao facto de que o final da queima do segundo estágio teve lugar 1s antes do previsto. A antecipação do fim da queima deveu-se por seu lado ao facto de que o sistema de controlo do consumo de combustível sofreu uma avaria que resultou num consumo de querosene mais rápido do que o calculado.
A reacção dos controladores de voo foi entusiástica, mas Korolev só comemorou este grande feito quando os sinais do Sputnik foram detectados em Tyura-Tan no final da sua primeira órbita. Por seu lado, a primeira reacção do dirigente Nikita Khrushchev não terá sido tão intensa como a que foi verificada em todo o planeta, tendo somente felicitado todos os engenheiros e técnicos, dirigindo-se para o seu descanso. Só quando o líder soviético se apercebeu do valor de propaganda política deste feito é que brandiu no ar todo o seu valor contra o sistema ocidental. O lançamento do primeiro satélite artificial da Terra foi anunciado ao mundo pela agência TASS no dia seguinte.
A corrida espacial começara com o lançamento do Sputnik, mas a União Soviética não terminaria o ano sem espantar mais uma vez o mundo ocidental. A 3 de Novembro dava-se o lançamento do satélite Sputnik-2 (00003 1957-002A 1957 Beta 1) pelo foguetão 8K71PS (n.º M1-2PS).