很快到了发射第一个在轨实验室“Д卫星”的时间，原本的第一颗卫星变成了第三颗。为此，以 P —7 为基础，研制了代号为8 A91的运载火箭。与原火箭相比，它没有再用原来提供加速推力的发动机装置，舵机燃烧室也加以改变。卫星的硬件是在第一特种设计局的试验车间生产的。由于卫星上安装了大量的传感器设备，因此需要非常仔细地安排卫星的各部分组成，以避免各种仪器之间相互干涉。
该卫星的很多技术都是第一次使用，经过检验，这些技术后来在载人航天飞船上获得了应用。例如，除化学蓄电池外，卫星还安装了半导体太阳能电池。为了避免导致“莱卡”死亡的过热问题再现，采用了热载体（氮气） 进行强制循环，实现了密封舱内的温度调节。更主要的是改变了卫星的散热系数：在卫星的侧面，安装了16块可以自动控制的百叶窗。这样，“Д卫星”验证了载人航天理论中两个关键的概念——通过采集太阳光能来产生电能； 通过改变卫星的反射特性来调节温度。
人们对该系统的关注点放在信息的收集、分析、存储和转发系统中。因为在卫星上安装了12种科学仪器，能够测量压力、大气的电离层组成、地球电磁场的强度、太阳辐射的强度、基本宇宙射线的强度，记录宇宙射线中的重离子核，以及微流星的撞击等。为科学院收集信息的工作由航天测控系统实现，该系统最终获得了充分展示其工作能力的机会。
同时，人们还完善了通信系统。如果说在发射第一颗卫星的时候，中央通信节点是由部署在秋拉塔姆的1 号测控站承担的，那么在第二颗卫星的飞行过程中，这一任务已经由配备了专用设备的总参站点来承担。在“Д卫星”发射前，该站点在莫斯科已有了固定的地点（果戈理大街6号的大楼），航天测控中心的所有设备也迁移至此，而在堡舍沃只留下了功能强大的综合计算中心，那里有最早使用的电子管计算机设备“乌拉尔”。航天测控中心与第9、第10、第11号测控站点的通信联系是通过电信部的秘密电报线路实现的，与其他测控站点的联系则通过中心自己的中央通信节点的无线电信道实现，而与1号站点的通信同时使用了电信部和中央通信节点两条信道。
遥测数据的转发依旧使用“拖网”系统，而测轨数据则是通过“望远镜Д”接收应答站、“额尔齐斯”无线电信号转发器转发的。为了给系统加一层保险，还安装了更简单的“灯塔”无线电转发器，它是之前发射卫星时的试验样机。
“望远镜Д”系统还首次采用了由列宁格勒技术研究院试验设计局研制的“石英”改进型集成记录设备。该设备从雷达信号中提取出目标的距离和角度数据，并将它们与统一时间相关联。改进型集成记录设备所获得的数据通过专用电报线进行自动转发，同时被记录在磁记录仪中。在第1、第2、第3、第4、第5、第6、第10号测控站使用了“石英”系统后，就实现了卫星轨道数据的自动采集，并将其提供给综合计算中心进行处理。
最吸引人们注意力的是MPB—2 M控制雷达，它是第648科学研究所8（第648科研所） 在别洛夫9的领导下，以量产的、采用了全向天线的无线电炮弹引信MPB—2 为基础研制的。这种雷达能够在超短波频段传送20条指令。当时“Д卫星”还不是完全可控的航天器，但是它所安装的设备允许使用控制通道。和其他雷达站一样，MPB—2 M也被安装在斯大林汽车制造厂生产的通用车体上，拥有自己的发电机和天线。到达指定位置后，它先将系统展开，大约半小时后即可开始工作。雷达站向空中发射用两种频率调制的脉冲信号，而每个命令都有自己的频率组合。
指令通道对于当时的航天学来讲还是一个全新的东西，由此引发了很多关注。在研制“Д卫星”的同时，人们对秋拉塔姆基地的航天测控系统也进行了测试——控制雷达向空中发送了一组事先录制好的指令，而当时在装配试验楼里的卫星收到并执行了该指令。可以想象，当设计师们看到刚刚测控面板上还什么都没有，然后通过遥测信号记录发现，卫星竟然在不明所以地工作，该是多么惊异。后来才知道，原来是卫星接收了空中的无线电指令。当时，安全部在基地的代表还疑心是外国人在搞破坏——车载控制雷达站MPB—2M险些引发一场风暴。幸运的是，误会很快就解释清楚了。
从1957年10月到1958年3月，巴特里普基生产了4枚8 A91运载火箭，其中2 枚运往地面试验台去做试验，而另2 枚（编号为Б1—1和Б1—2） 则运往秋拉塔姆基地。
P—7导弹的改进型（编号Б1 —2）[4]在与“Д—1”卫星对接后于1958年4月27 日进行了第一次发射，但是因为火箭发射失败，卫星未能入轨：在发射后第89 秒钟，火箭的捆绑式舱段发生共振，7秒钟以后，火箭发生爆炸。P—7火箭在距离发射点100千米远处的基地上空爆炸。卫星被甩了出去，没有与火箭残骸落在一起，也因此而保持了其完整性。“Д—1”卫星被运往装配试验楼拆解。其间，未能入轨的卫星放出了电火花——出现了电线短路的地方。技术人员马上奔向灭火器，紧急灭火……
1958年5月15 日，8 A91 运载火箭（编号Б1 —2）终于进行了成功的发射，将重达1327千克的第三颗卫星送入轨道，而且与设计轨道非常接近（轨道倾角65．2 ° ，近地点高度226千米，远地点高度1881千米，飞行周期是105．95 分钟）。卫星在轨道上一直工作到1958年6月3号，而直到1960年4月6日才从轨道离开并坠落，绕地球运行了10037圈10。从它上面安装的各种设备上，人们获取了大量的遥测参数，也由此获得了丰硕的科研成果。
在“3号卫星”的运行过程中，航天测控中心实现了常规作业：从各测控站接收关于准备情况的报告，从堡舍沃的综合计算中心获得由哪些站点参加联合作业的决定，以及控制雷达的目标指向信息和待发送的指令，形成并向各测控站点发送相应的指令，与综合计算中心一起协调众多机构的工作。
НИИ—4МО的弹道学家们也取得了巨大的成就。他们为“2号箭头”计算机开发出的程序首次采用各测控站点“望远镜”系统的测量结果，而不是通过方向指示仪的信息来确定轨道参数。使用这些弹道学家的研究成果，航天测控系统就能预报卫星的在轨运动了。
事实上，由此形成了苏联的航天飞行控制中心。
3．4 P—7 导弹的核试验
卫星发射带来的巨大反响从根本上改变了地缘政治中的力量对比。尽管美国人后来也先后向轨道发射了“探险号”、“先锋号”11卫星，但是它们的质量分别只有13．9千克和1．47千克，即使是与最轻的“简化卫星”（ 83．6千克） 相比，也无法相提并论。赫鲁晓夫曾嘲讽说：“美国人需要发射很多橘子大小的卫星，才能够赶上苏联。”
国家的政治领导人开始对太空“发烧”，他们愿意为科罗廖夫和他的同事们提供全方位的支持。但是军事家们却没有忘记为什么建造秋拉塔姆军事基地，为什么在巴特里普基、在扎戈尔斯克、在希姆基建造大型工厂。卫星的确不错，它在世界上的反响更好，但是已经成立的战略导弹部队所需要的洲际导弹，却还没有研制出来。
在发射最早一批P—7导弹[5]时，科罗廖夫就已经获得了一个好消息：原子弹专家们已经研制出了新的聚变氢弹46A12 ，并将核弹头的质量减小了一半。借助“小七”的发动机推力所提供的能力储备，它的额定载重达到5．5吨，飞行距离也从8000千米增加到12000千米。
但是首先需要解决弹头在返回大气层时，在热载荷作用下的防护问题。P—5导弹的弹头已经成功地飞抵目标，但是P—7 导弹的弹头在返回地面的时候，速度达到了7900 米/秒，是它“前辈”型号的2．5倍，而动能则达到了27倍。
当存在的问题以倍增的方式凸显后，科罗廖夫决定按照最直接的方法来解决：在第一特种设计局成立了弹头分部，同时在巴特里普基的试验工厂建立了专门的车间。参加咨询的专家包括空气动力学、热气流、热防护等领域内的最著名的研究人员。在研究了1957年9月7日飞抵勘察加半岛的弹头残片后，学者们发现，其上携带的热防护层还几近完好，但顶部端头已经完全烧毁、破坏了13。根据分析结果，设计人员对端部采取了一系列措施：减小了长度，增加了锥角。人们在最短的时间内研制出了新的头部，并将其运到秋拉塔姆进行试验。为了更详细地研究返回过程中的减速情况，人们在防护层下面加装了带叉型天线的“拖网—G2”系统。
1958年1月29日P—7（编号M1—11）导弹携带着新研制的弹头发射了。起初飞行过程很正常，但是在捆绑的助推模块В、Г与中心模块分离时，由于助推模块的喷管出现无法克服的机械故障，损坏了燃料箱增压主管线。涡轮泵组件出现阻滞并发生爆炸。压力控制的主管线损坏，导线受损。弹头未能与弹体中心模块分离，于是整个弹再次进入大气层，掉在“小鸡”军事基地距离中心80千米左右的地方。
发射失败后，人们不得不进一步研究弹头结构。原来采用单个分离器的分离系统用三个分离器替代了，每个分离器的推力为1吨。弹头上新增的设备还有黑匣子，它是具有很厚装甲防护的自动记录仪。
P—7导弹（编号M1—12）的再次发射定在4月4日。在飞行的第142秒，中心舱段的无线电控制系统“不再工作”。但弹头还是飞向了勘察加半岛的训练靶标，只不过纵向距离超了68千米，侧向偏离了18．2千米。重要的收获是弹头遭受破坏的问题终于得以解决。
那年年初，政府发布指令，组织P—7导弹的批量生产。根据指令，古比雪夫第一航空制造厂14进行了改造，由P—5导弹的总设计师卡兹洛夫15担任领导，他毕业于列宁格勒军事机械学院，曾在前线作战。他们几乎是从零开始筹备生产系统，而且极少有有经验的专家参与其中，因为几乎没有人同意从装备丰富的巴特里普基工厂转到只有木板房的别斯米昂卡村16从事导弹生产。但是卡兹洛夫完成了任务——1958年12月30日，自第一特种设计局的代表团首次到达古比雪夫之后，仅过了305 天，他们就向秋拉塔姆基地运出了首批两枚量产的“小七”导弹。
与此同时，苏联的另一个地区也展开了大规模的建设。在阿尔罕格尔斯克地区的普列谢茨克村附近，人们开始修建“安加拉”军事基地17——P —7 导弹的发射平台（第41 号“森林基地”发射平台）。虽然高北纬地区的发射平台不适宜发射很多卫星，但是与秋拉塔姆基地相比，由此却可以覆盖更多的美国城市和军事目标。
为了将“小七”导弹装备部队，还需要进行一系列的试射，既包括传统改型导弹，也包括针对轻型化弹头的新改型P—7A，而导弹也不断暴露出新问题。
1958年5月24日，第二阶段的飞行—结构试验展开了。P—7导弹（编号Б1—3） 飞到了勘察加半岛，但是二级火箭工作的末段，氧化剂储箱的预处理排出管受损。没有了喷嘴，氧气带着气泡进入了涡轮泵。涡轮泵组件损坏。头部分离也再次失败，落点距离目标还有45千米。7月10日试验再次进行，但是由于编号为Б1—4的火箭上捆绑式助推器“Д”没有点火，导弹从发射平台撤出。
人们对“小七”再次进行了改造和深入研究。1958年在扎戈尔斯克试验场，在对中心模块和一个捆绑模块进行特殊组装状态下的检测试验时，人们发现在“弹性结构——发动机组件”之间产生了共振。为消除共振，人们首先完善了舱段之间的连接，去掉了中心模块的舱段间仪器舱，增加了舵机专用燃烧室并提高了其推力，改变了储箱喷嘴的工作条件。
当年12月，开始进行导弹的系统联合试验。试验中采用了批量生产的导弹，来自普列谢茨克的战斗编组参加了试验。第一枚P—7于1958年12月24 日发射，最后一枚则是1959年11 月27 日发射的。试验总共发射了16枚导弹，其中8枚由位于古比雪夫的工厂生产18。有10枚导弹按照设计精度击中了目标，2 枚由于控制系统偏差而飞到了更远的地方，1枚由于中心模块的储箱氧化剂导管受损，落点距离目标还差28千米，还有1枚由于无线电控制系统工作不稳定而越过目标16．8千米，另有2枚导弹由于发动机组件工作不正常而终止了飞行。
似乎在1959年6月30 日进行了“小七”导弹携带氢弹弹头的飞行试验，这能从专门的文献中找到蛛丝马迹。实际上，当天由古比雪夫工厂生产的编号为041082 的导弹确实进行了发射，经过28分钟飞行，其战斗部抵达了勘察加半岛的指定区域。但是很多事件的参与者否认了该传闻。此外，从1959年到1961年8月1日，苏联一直没有开展核试验，而是遵守了与美国和英国的协定而暂停该类试验。P—7导弹从未携带战斗部进行试验，从而纯粹成为了历史上的“航天运载”火箭……