4．1 “东方号” 项目
正当研制载人航天器时，第一特种设计局获得了最令人振奋的消息：P—7 导弹发射成功了。原来，科罗廖夫一直想按自己的设想，用载重超过5吨的运载火箭而不是最初计划的P—5A火箭，直接将航天器加速到第一宇宙速度进行正常的卫星发射，再在弹道上适当的位置处实施跳跃。
科罗廖夫把最热心于此事的宇航员吉洪拉沃夫调来加盟。1957年4月3日，作为总设计师，他在第一特种设计局设置了第9分部，委任吉洪拉沃夫领导该部，因为他终于将后者从НИИ—4МО调入自己的部门。
一方面，P—7A导弹还没有开始批量生产，而用地球物理探空火箭携带试验犬已经积累了宝贵的经验，于是新建的设计部门决定采用基于P—5 M火箭的方案，将太空舱样机发射到500 千米高度。作为替代方案，还考虑了将太空舱替换成安装有短翼的小型滑翔器，用于在稠密大气层内飞行时提供升力。采用这种方案，滑翔翼能够返回到执行发射任务的发射场。
滑翔方案源于科罗廖夫年轻时的设想，当时他在喷气推进研究小组从事РП—1助推滑翔器的研制。当他发现吉洪拉沃夫领导的部门确实没有能力解决如此复杂的问题，无法完成有翼式返回航天器的设计任务时，他将任务转给了国立航空技术委员会旗下的第256设计局，设计局在齐宾1的领导下一直从事伞兵用和军用的运输滑翔机研制。
齐宾的设计方案显示，助推滑翔器的起飞质量为3500千克，降落时为2600千克，采用第一特种设计局研制的三级助推P—7导弹，能将装在整流罩下的助推滑翔器送入300 千米高的轨道。入轨后，航天器在轨运行一天，完成相应的侦察任务，并将信息通过无线电信道传回地面。之后借助制动发动机降低飞行速度，助推滑翔器离开轨道并进入大气层。
齐宾最初的想法是，采用具有良好外形的翼。作为航空设计师，他知道在进入大气时最大的热过载将作用在翼前端的边缘，因此在助推滑翔器进入到最剧烈的制动区域时，采用“底部超前”的飞行姿态模式，可将聚集的热量通过底部的热防护层来分散，而复杂外形的翼则藏在舱体气动外形的“影子”里。当飞行到约20千米的高度时，飞行速度应降低到500 ~600 米/秒，助推滑翔器将已经烧红的热防护层扔掉，并将核心翼展开。在经历了全程的速度变化后，滑翔器以稳定的亚声速在10千米的高度滑翔。降落区域是特别准备的一块地板，安装了类似于自行车轮的滑轮，下降时垂直方向的速度不应超过2米/秒。
齐宾经常与科罗廖夫会面，所以后者能不断了解到第256 设计局返回式助推滑翔器的研制进展。其间，科罗廖夫看到他们研制的飞行器尾部与蝙蝠相似，于是后来齐宾所在设计局的研制人员就将其作品昵称为“小蝙蝠”。第一特种设计局的代表参加了助推滑翔器的组件草图设计，以及与运载火箭对接部分的设计工作。但是地面风洞的吹风试验却表明，底部热防护层的最高温度超过了计算温度，需要使用全尺寸的飞行器模拟器进行深入研究。科罗廖夫同意了该计划。通过进一步的“加固”方案，问题得以解决，而齐宾也离开设计局，到第一特种设计局担任项目的副总设计师2。
最后科罗廖夫还是否定了翼式返回舱的方案，选择了弹道式太空舱方案。该方案是1957年底从НИИ—4МО调来的天才设计师费奥克季斯托夫3提出的，今天他被人称为“东方号”飞船之父。
直到20世纪50年代末，没有人确切知道载人飞船应该是什么样子的。人们只知道，对生命最大的威胁出现在返回地球的过程中。进入稠密大气层后的快速制动可能会使过载达到10g，因此最初费奥克季斯托夫小组将航天器设计成了锥形，其外形能够滑翔，使其过载降低一半。然而对志愿者的试验显示，经过训练的人最大完全可以承受10倍的过载，因此费奥克季斯托夫提出了不寻常的建议——就像第一颗人造卫星一样，将飞船做成球形的。人们对于这种外形的气动特性非常了解，不需要再深入研究。
最初研究人员发现，在进入大气层时，球形外形会无序地发生滚转，这将造成落地瞬间难以预料的后果。但是这种怀疑可以通过非常简单的试验进行验证。当时第9分部的研究人员被乒乓球运动所吸引，费奥克季斯托夫小组的一位成员的脑中突然闪过一个念头：可以用乒乓球作为模型，在其下边粘上一小块黏土进行试验。人们将乒乓球从二楼的楼梯扔下，而球在下降的过程中总是底部朝下，其外形的稳定性就这样用试验获得了验证。
一个非常重要的问题是，进入稠密大气层时如何对飞船进行热防护。当时已有的各种材料都无法承受这样的高温。所以设计者们决定采用与P—5、P—7导弹弹头一样的设计原理——在返回式卫星上安装强化石棉瓦，在飞速的空气流中蒸发并带走热量。
在选择飞船返回方式的过程中，除了已经提到的滑翔式返回，研究人员还考虑了其他可能的选择。例如，科罗廖夫很喜欢像直升机一样用自旋桨进行制动和降落的方式。他曾经向直升机的总设计师米尔提出合作建议，但是遭到回绝——因为责任太大，而且新的方案需要耗费很多时间。所以尽管科罗廖夫一直不看好传统降落伞这种“拖曳”的方式，认为它是过时的技术，但最后还是选择了它。
一开始设计师们并没有想到让飞船分离，而是让它们一起返回地球。直到发现，如果将飞船全设计到一个球壳中则体积太大，运载火箭容纳不下，才考虑将飞船设计成两部分：一部分是宇航员乘坐的球形返回舱，另一部分是仪器舱。分离后，后者坠入大气烧毁。
为了避免安装软着陆设备使飞船的结构设计复杂化，人们决定采用伊斯多夫斯基在1956年就提出的方案——在飞行到距离地面几千米的高度时，将飞行员从返回舱中弹出。这个方案还有一个好处，那就是弹射装置还可以在发射过程中万一出现意外时起作用。
这样人们就确定了载人飞船最初的样子。费奥克季斯托夫准备了向总设计师汇报的材料，并在1958年6月提交了报告。科罗廖夫对新的方案表示支持，并指示其在两个月内完成“Д—2卫星”（这是科罗廖夫所在设计局当时对飞船的称呼） 项目的正式总结报告。
当年8月中旬，题为《建造载人地球卫星相关问题的初步研究材料》的报告正式出炉。报告指出，利用三级运载火箭可以把质量为4．5~5．5吨的飞船送入人造地球卫星轨道。报告还包含了返回舱外形选择的相关计算，否决了锥形返回舱的方案。因为对于确定的基准直径，比如2．3米，这种外形所形成的内部空间太小（只有1．5立方米，而球形外形的容积有5立方米），这里的直径是由第三级火箭的直径所决定的。报告一共考查了6种方案。
1958年9 月15 日，科罗廖夫签署了建造飞船式卫星的总结报告。第二天，表明已经完成了先期研究工作，可以进一步开展“载人地球卫星”研制工作的信件呈送至苏联科学院、火箭领域的领导人和设计师委员会。
在设计师委员会1958年11 月召开的会议上，人们聆听了3 个报告：《关于侦察卫星的方案报告》、《关于沿弹道导弹轨迹完成载人航天飞行的方案报告》、《关于载人轨道飞行航天器的方案报告》。经过讨论，人们从后两个方案中选定了载人轨道飞行航天器方案。虽然国防部依然青睐侦察卫星的方案，但是与侦察卫星相比，设计师们给予了载人航天器方案更高的评价。
为了加快详细设计过程，科罗廖夫下令将第一特种设计局里参加飞船不同系统研制的技术人员重组，整合了费奥克季斯托夫所领导的新建部门的专家。飞船获得了一个更响亮的名字“东方号”4，而其总设计师也由伊万诺夫斯基5担任，之前他一直参与地球卫星和“探月飞船”的研制工作。
载人飞船的研制工作需要开展广泛的合作，也吸引了大批的合作者，因为载人航天飞行需要建造生命保障系统、音频通信系统、电视系统、手动控制面板和降落伞等。由一个设计局发出号召已经显得权威性不足了，必须由政府签发政府令。因此对于科罗廖夫来讲，此时不仅要获得科学院的院士们和设计师委员会同事们的支持，更需要得到军方高层的支持，因为他们往往决定着诸多项目的经费分配。科罗廖夫此刻展示了其很强的政治弹性——1959年初，他建议将载人航天飞行项目与侦察卫星项目合并。合并后，载人飞船要安装复杂而昂贵的成像设备，这些设备应当满足重复使用的特点。设计师们提出了一种方案——将成像设备放置到返回舱内，带着成像后的胶卷与宇航员一道返回地球。当然这要求飞船具有高度的自动控制能力。对此科罗廖夫完全同意，他希望在载人飞行的过程中，能够将人的影响因素降到最低。成像侦察的任务被安排在“东方2 号”项目中。为避免混淆，后来该项目更名为“天顶号”。
尽管如此，军方要求，将成像侦察任务排在第一位。1959年2月讨论的政府决议草案中也仅包含了有关这个宇航设备的内容。在科尔德什的帮助下，科罗廖夫终于在政府令的文本中加入了“载人飞船—卫星”这样的字眼。
这样在政府决议发布之前，这艘飞船事实上已经开展了实际的研制工作。当年初春，卫星的第一套设计图样就已经到达位于巴特里普基的试验工厂车间，之后开始了飞船船体的制造，而苏共中央委员会和部长会议签发的第569 号政府令第264 页所含内容“为了实现人类太空飞行的目的和其他目标，研制 ‘东方号’ 飞船”，则是在1959年5月22日才生效的。
4．2 1КП 飞船
“东方号”航天飞船实际上是一颗卫星，从原理上讲，它不能改变高度和轨道倾角，其轨道参数是在船箭分离时，由运载火箭和无线电控制指令确定的（就像探月卫星一样）。因此它与过去发射的卫星最大的不同只有一点，然而却是最重要的一点，就是它有机动控制，即从太空进行机动，从而进入大气层。为了完成这样的机动，仪器舱中安装了一个制动发动机，这台发动机不能出现任何闪失。
考虑到著名的发动机设计师格鲁什科忙于研制军用导弹的发动机，科罗廖夫没有再去找他，而是就近邀请了第二特种设计局的发动机总设计师伊萨耶夫6来主持制动发动机ТДУ—1的设计。已经有一把年纪的设计师开始并不想再承担一项新的工作，但最终还是同意了。在接到技术任务后仅仅7个月，1959年9 月27 日，ТДУ—1发动机就开始了在试验台上的第一次点火试验。单室发动机采用了能自燃的燃料组元（燃料主要采用胺7，而氧化剂使用氧化氮），其工作原理也是最简单的。由于具有这个特点，它一次故障也没有出现。
科罗廖夫要求“东方号”的所有子系统都要有备份件，但是第二台ТДУ—1发动机无论如何也没办法加到系统里。所以总设计师指示负责计算的轨道部门专家，要求他们所选择的轨道应当满足一个条件，即在制动发动机失效的情况下，飞船应当在自然阻力的作用下，在发射后5~7天的时间内进入大气层。
飞船的控制系统被非正式地称为“海鸥”，原本应该由分系统总设计师比留金负责的，但不巧，他也忙于导弹武器项目核心任务的研制工作。最后科罗廖夫决定在第一特种设计局组建自己的队伍，并将这项工作交给了自己的副手车尔托克。姿态控制作为控制系统的一个组成部分，由劳申巴赫负责研制，他原来在第一科研院工作，经科罗廖夫劝说后加入到了飞船的研制团队。
为了保证飞船在轨道上制动时不会由加速度附带产生滚转，姿态控制系统要保障飞船在空间的正确定向。为此在“东方号”飞船上实现了两种定向方案。
自动姿态控制操作或者由地面发出指令执行，或者按照星上“花岗岩”时间—程控装置的指令执行（若装置出现问题，则改由宇航员操作）。为了提高可靠性，系统配置了两套完全独立的控制回路：主回路和备份回路。主回路系统在近红外垂向指示器的协助下应当能够提供三轴定向。该系统是由“地球物理”中央设计局8为科学卫星的定向而研制的。仪器的工作原理是区分“热的”地球和它周围的“冷”空间边界。一般认为近红外垂向指示器是很可靠的，因为1958年8~9月，P—5 A地球物理探空火箭上已经对该系统进行了飞行试验并获得了成功。
在劳申巴赫的建议下，备份姿态控制系统很简单。已经知道飞船将沿着地球自转的方向飞行，从西向东。相应地，在制动过程中发动机需要指向太阳，这是一个非常有利的参照。据此人们想到在飞船上安装由3个光电管组成的太阳传感器（“格里芬”系统）。这种系统主要的不足之处在于，当飞船位于地影之内时，看不到太阳就无法定向。
主备份系统都连接了继电器控制模块，将指令传送给姿控发动机的空气开关，气体使用压缩氮气。姿态调整到位后用3 个角速率陀螺保持姿态，所以飞船飞行的轨道用行话又称为“陀螺定向的”。在实际执行制动脉冲前，所有的系统都要经过检测，如果在1 分钟的时间内，给定的姿态控制指令没有发生变化，那么制动发动机ТДУ—1就开始工作。调整姿态的过程需要花费几分钟。