Была скомплектована небольшая проектная бригада, которой Королев поручил предварительную проработку параметров новой ракеты для обсуждения на Совете Главных конструкторов. И в январе 1954г. состоялось совещание С. Королева, В. Бармина, В. Глушко, В. Кузнецова, Н. Пилюгина, М. Рязанского с участием их заместителей и главных разработчиков радиосистем контроля и управления. Основным их решением стал отказ от традиционного стартового стола. По предложению молодых проектантов предлагалось создать системы наземного оборудования с подвеской ракеты на специальных отбрасываемых фермах, что позволит не нагружать ее нижнюю часть первой и тем уменьшить общую массу. Необычным было решение и о компоновке ракеты из пяти блоков с унифицированными двигательными установками, причем центральный из них был второй ступенью. Однако двигатели всех блоков должны были запускаться на Земле одновременно. Масса головной части с водородной бомбой предварительно оценили в 5500 кг. Для обеспечения заданной точности управления и дальности требовалось строго регламентировать импульс последействия двигателей. Однако В. Глушко доказал нереальность требований управленцев. Так впервые появилась идея отказаться от традиционных со времен ФАУ‑2 газоструйных графитовых рулей, а вместо разработать специальные двигатели малой тяги. Они же должны были «дотягивать» вторую ступень ракеты на последних секундах полета до нужных параметров по скорости и координатам. Для уменьшения массы топлива предлагались системы регулирования опорожнения баков, измерение и регулирование кажущейся скорости.

20 мая 1954г. вышло постановление Правительства о разработке двухступенчатой межконтинентальной ракеты Р‑7. А всего через неделю, 27 мая, С. Королев направил министру оборонной промышленности Дмитрию Устинову докладную записку о возможности и целесообразности вывода на орбиту ИСЗ на базе этой, будущей ракеты. Следует отметить, что кроме самого Королева, никто из членов Совета главных конструкторов и их заместителей не считали серьезным увлечение идеей запуска ИСЗ.

Эскизный проект новинки был предложен и одобрен Советом Министров СССР 20 ноября 1954г., а ее конструкция теперь хорошо знакома всему миру. Она состоит из четырех одинаковых боевых блоков, которые крепятся к пятому — центральному. По внутренней компоновке каждый из них аналогичен одноступенчатой ракете с передним расположением бака окислителя. Топливные баки всех блоков — несущие. Двигатели всех блоков начинают работать с земли, но при разделении ступеней боковые выключаются, а центральный продолжает работать. Аппаратура управления размещается в межбаковом отсеке центрального блока и включает в себя автомат стабилизации, регулятор нормально и боковой стабилизации, регулирование кажущейся скорости и радиосистему управления дальностью и коррекцией в боковом направлении. Головная часть ракеты по расчетам входит в атмосферу со скоростью 7800 м/с. Общая длина отделяющейся боевой части составляет 7,3 м, масса — 5500 кг.

Разумеется, при этом возникло много проблем, и их требовалось решать в кратчайшие сроки. Предстояло выбрать место для нового полигона, построить уникальное стартовое сооружение, ввести в строй все необходимые службы, построить и ввести в строй стенды для огневых испытаний блоков и всего пакета в целом, для отработки системы управления; найти и апробировать соответствующие теплозащитные материалы для сохранения целостности головной части при входе в атмосферу; предложить пока не существующую систему телеметрии (по предварительным данным только на первом этапе летных испытаний до 700 параметров); создать новую систему радиоуправления и контроля траектории полета, и, наконец, построить командно-измерительный комплекс, включающий пункты, следящие за ракетой и принимающие телеметрическую информацию по всей трассе до Тихого океана. Словом, не случайно в 1955г. конструкторы, выпускающие необходимую документацию для изготовления ракеты Р‑7, шутили, что от круглосуточной работы кульмана дымятся. Ведь компьютерной технологии тогда еще и в помине не было: «горячие» чертежи шли напрямую в цеха опытного завода.

В январе 1956г. было подготовлено и 30 января подписано постановление Правительства о создании неориентированного ИСЗ под секретным шифром «Объект Д» массой 1000‑1400 кг с аппаратурой для научных исследований массой 200‑300 кг.

Общее научное руководство и обеспечение аппаратурой для научных исследований космического пространства возлагалось на АН СССР, разработка самого спутника — на ОКБ‑1 (во главе с Королевым) проведение экспериментальных пусков — на Министерство обороны.

Когда было подписано это постановление, Королев и его основные заместители находились на полигоне Капустин Яр. Готовили к испытаниям ракету Р‑5М с реальным ядерным зарядом. И 2 февраля 1956г. это произошло: взрыв произошел в пустынной степи, на расстоянии 1200 км от старта. Вскоре ракета Р‑5М с атомной боеголовкой была принята на вооружение.

К июлю 1956г. был закончен проект первого ИСЗ, определен состав научных задач, включающих измерение ионного состава пространства, корпускулярного излучения Солнца, магнитных полей, космических лучей, теплового режима спутника, торможения его в верхних слоях атмосферы, продолжительности существования на орбите, точности определения координат и параметров орбиты и т.д. На спутнике устанавливали аппаратуру командной радиолинии для управления с планеты и бортовой комплекс обработки команд для подключения научных сведений и передачи результатов измерений по телеметрическому каналу. На Земле возводили комплекс средств, обеспечивающих получение нужной информации.

К концу 1956г. выяснилось, что сроки создания ИСЗ буду сорваны из-за трудностей изготовления надежной научной аппаратуры. Тем не менее, проект «Объекта Д» был одобрен спецкомитетом Совета Министров СССР. А ранее, 12 февраля 1955г. в полупустыне, в районе станции Тюратам, силами армии под командованием генерала Шубникова началось строительство научно-исследовательского и испытательного полигона № 5 (с 1961г. это место известно как космодром Байконур).

В течение 1955‑1956гг. было закончено изготовление первого технологического комплекса ракеты Р‑7, проведены ее испытания на Ленинградском металлическом заводе совместно с реальной стартовой системой. На огневых стендах под Загорском начали огневые испытания отдельных блоков ракеты. Под руководством Н. Пилюгина проводили моделирование и комплексную отработку системы управления.

14 января 1957г. Совет Министров СССР утвердил программу летных испытаний ракет Р‑7. И первая технологическая «примерочная» ракета уже в январе была отправлена в Тюратам на полигон.

В сборочном цехе завода ракета казалась фантастическим сооружением. Королев пригласил сюда Первого секретаря ЦК КПСС, Председателя Совета Министров СССР Никиту Хрущева. Он приехал с основными членами Политбюро ЦК. Ракета их потрясла. Да и не только их. Главный идеолог водородной бомбы академик Андрей Сахаров в своих воспоминаниях писал: «Мы считали, что у нас большие масштабы, но там увидели нечто на порядок большее. Поразила огромная, видная невооруженным глазом, техническая культура, согласованная работа сотен людей высокой квалификации и их почти будничное, но очень деловое отношение к тем фантастическим вещам, с которыми они имели дело…».

Тем временем Королев, убедившийся в срыве сроков по изготовлению первого ИСЗ в варианте космической лаборатории, вышел в Правительство с предложением: «Имеются сообщения о том, что в связи с Международным физическим годом США намерены в 1958 г. запустить ИСЗ. Мы рискуем потерять приоритет. Предлагаю вместо сложной лаборатории «Объекта Д» вывести в космос простейший спутник». Его предложение было принято — началась подготовка запуска простейшего спутника «ПС».

В феврале 1957г. достройка полигона шла полным ходом. Возводили жилой городок на берегу Сырдарьи. Почти закончили монтажно-испытательный корпус для подготовки ракет. Но самое грандиозное сооружение — стартовая позиция площадка № 1 — еще не закончили. От железнодорожной станции прокладывали бетонную трассу, железнодорожную ветвь, ставили мачты высоковольтной передачи. К строителям на стартовой позиции шли вереницы самосвалов с жидким бетоном, грузовики со стройматериалами, крытые фургоны с солдатами-строителями. )