Первые практические работы по созданию экспериментального летательного аппарата с ЖРД для полета человека в стратосферу были проведены в группе изучения реактивного движения (ГИРД) под руководством Сергея Павловича Королева. Осенью 1931 года здесь была предпринята попытка создать ракетоплан РП-1. Гирдовцы предполагали установить ракетный двигатель ОР-2 конструкции Ф. Цандера на планер БИЧ-11 ("летающее крыло") конструкции Б. Черановского. Однако вскоре выяснилось, что задача эта гораздо сложнее, чем казалась на первый взгляд.

Первые неудачи поколебали уверенность некоторых специалистов в возможности создания самолета с ракетным двигателем. Поэтому дальнейшие исследования были приостановлены. Работы над ракетопланом не включались даже в тематический план созданного в конце 1933 года Реактивного научно-исследовательского института (РНИИ). И все же Королев оставался верным идее полета человека на ракетном летательном аппарате. В тот период он сосредоточил внимание на крылатых ракетах, опыт работ с которыми можно было использовать в дальнейшем при разработке ракетоплана. Его крылатая ракета 212 прошла огневые испытания на земле, а затем была успешно испытана в полете. Кроме того, Сергей Павлович в свободное от работы время проектировал летательные аппараты, пригодные для использования в качестве ракетоплана.

Представленный им на планерном слете в Коктебеле двухместный планер СК-9, который был построен в 1935 году, удивил специалистов высокими значениями летных и прочностных характеристик. Этот аппарат и был впоследствии использован для экспериментальных полетов с ЖРД.

В марте 1935 года Королев выступил с подробным докладом "Крылатая ракета для полета человека" на Всесоюзной конференции по применению реактивных летательных аппаратов для освоения стратосферы. В нем он рассмотрел возможности использования на ракетопланах реактивных двигателей различных схем, показал пути создания простейшего экспериментального экземпляра. Конференция приняла решение о необходимости постройки такого летательного аппарата.

К 1936 году отношение к проблеме ракетоплана в РНИИ в корне изменилось. Вскоре Королев подписал планово-учетную карту на выполнение работ по объекту 218 —" эскизный проект ракетоплана с ракетным двигателем» (индекс означает: отдел №2, тема № 18).

В начале того же года Королев при активном участии Е. Щетинкова, а затем и А. Палло провел большую работу, связанную с проектированием ракетоплана для полета человека в стратосферу. При этом он скрупулезно учитывал реальные технические достижения, полученные к тому времени в РНИИ.

Рассматривалось несколько вариантов. Сначала избрали проект двухместного самолета-моноплана СК-10 нормальной схемы с низким расположением трапециевидного крыла малого удлинения. В передней части фюзеляжа предполагалось разместить герметическую кабину, в которой последовательно располагались бы летчик-испытатель и инженер-испытатель (лицом назад). За кабиной — цилиндрический топливный бак с внутренней перегородкой, отделяющей окислитель от горючего. Вокруг бака компоновалась батарея баллонов сжатого газа, служившая аккумулятором давления вытеснительной системы подачи топлива в камеру сгорания. В хвостовой части предусматривалась установка связки из трех азотно-кислотно-керосиновых двигателей ОРМ-65 (опытный ракетный мотор) конструкции В. Глушко общей тягой около 900 кгс. Ракетный самолет должен был иметь стартовый вес 1600 кг, площадь крыла 7,2 м², скорость 850 км/ч, потолок 9 км. Его предполагалось использовать для исследований динамики полета пилотируемого ракетного летательного аппарата на больших скоростях.

Представленный С. Королевым эскизный проект ракетоплана СК-10 рассматривался в ноябре 1936 года на техническом совещании в РНИИ. Обсуждалась программа его разработки, включавшая в качестве предварительного шага создание более простого ракетоплана-лаборатории на базе планера СК-9 с двигателем небольшой тяги. Ему присваивался индекс РП-218-1. Техническое совещание приняло решение: «...Отделы института должны предусмотреть работу по 218-му объекту в планах на 1937 год как одну из ведущих работ института».

Созданию ракетоплана в значительной степени способствовал положительный отзыв из Военно-воздушной академии имени Н. Е. Жуковского. В заключении, подписанном начальниками кафедр тактики и огневой подготовки, отмечалось, что самолеты с ракетным двигателем дают резкое превосходство над самой совершенной техникой противника, и дальнейшие исследования в этой области являются необходимым и перспективным делом».

В 1938 году в связи с изменением структуры института первая цифра в обозначении объектов РНИИ была изменена так, чтобы она соответствовала номеру отдела, ведущего разработку. Ракетоплан 218-1 стал обозначаться РП-318-1. Вскоре началась разработка рабочих чертежей и оборудования планера СК-9 под установку ЖРД ОРМ-65. Это был наиболее отработанный азотно-кислотно-керосиновый двигатель того времени.

Планер СК-9 в отличие от СК-10 имел типичные для рекордных планеров аэродинамические формы. Это был моноплан со среднерасположенным крылом большого удлинения, с высоко поднятым на небольшом киле горизонтальным оперением и высоким обособленным рулем направления. Конструкция была выполнена из дерева, только рули и хвостовая часть фюзеляжа частично обшивались тонкой листовой нержавеющей сталью. Топливные баки (один для горючего и два для окислителя) располагались в центроплане на месте кресла второго пилота и были помешены в противопожарные алюминиевые баки. Баллоны воздушного аккумулятора давления помещались в крыльях. Процесс пуска и режим работы ЖРД контролировались и управлялись летчиком. Взлет ракетоплана предполагалось осуществить с помощью самолета-буксировщика или катапульты.

В сентябре 1937 года двигательную установку смонтировали на ракетоплане. 3 декабря после проведения серии холодных испытаний по регулировке системы подачи топлива начались огневые испытания. К середине апреля 1938 года было произведено 32 пуска двигателя, которые показали, что он отвечает предъявляемым требованиям и может обеспечить полет ракетоплана. Опасения вызывал лишь нагрев неохлаждаемой головки двигателя.

В феврале 1938 года в докладе о развитии исследовательских работ по ракетному самолету, подготовленном совместно с Е. Щетинковым, С. Королев впервые определил область рационального применения ракетоплана в научных, народнохозяйственных и оборонных целях. Тогда же была выдвинута и обоснована идея создания реактивного истребителя-перехватчика.

В своем докладе конструктор представил эскизные проекты четырех вариантов экспериментального ракетного самолета. Характеристики первого совпадали с СК-10, В проекте второго, модернизированного, ракетоплана запас топлива увеличивался за счет сокращения экипажа до одного человека. Третий, рекордный, ракетоплан проектировался с учетом использования кислородного ЖРД. При старте с земли он, по замыслу, должен был подняться на высоту 21 км, а при пуске с самолета-транспортировщика — до 37 км.

Рассматривался также перспективный вариант ракетоплана с ЖРД тягой 900 кгс. Расчетная высота его полета при пуске с транспортировщика на высоте 8 км составляла 53 км. Однако последние два варианта не были технически обеспечены.

Вскоре была создана модель СК-10, проведены ее продувки в аэродинамической трубе, началось изготовление отдельных узлов натурного образца. Но постройка его в целом приостановилась в связи с отработкой ракетоплана РП-318-1, которая велась при постоянном и непосредственном участии Королева, готовившегося совершить первые полеты с работающим ЖРД.

Не обошлось и без происшествий, В мае при аварии во время стендовых испытаний крылатой ракеты Сергей Павлович был ранен. Из-за этого отработка ракетоплана задержалась.

Ведущим конструктором по РП-318-1 после ареста С. Королева был назначен инженер А. Щербаков, автор проектов ряда высотных планеров и их стратосферной буксировки. Ведущим конструктором по двигательной установке стал инженер А. Палло.

На ракетоплан установили азотно-кислотно-керосиновый двигатель РДА-1-150 конструкции Л. Душкина. Работы по доводке ЖРД ОРМ-65 прекратились. Еще раньше, в марте 1938 года. по ложному доносу арестовали конструктора этого двигателя В. Глушко.

В феврале 1939 года начались наземные огневые испытания двигательной установки РДА-1-150. К октябрю состоялось свыше 100 пусков, в ходе которых отрабатывались системы двигательной установки. снимались ее характеристики. Летчик-испытатель Владимир Павлович Федоров, которому поручалось пилотирование этой необычной машины, осваивал приемы пуска и управления работой двигателя. Были отработаны следующие параметры двигательной установки: тяга максимальная — 150 кгс, минимальная — 50 кгс, время работы на максимальном режиме 112 с. Двигатель обладал устойчивым регулированием тяги.

В свободном полете СК-9 испытывали еще в январе. Баки двигательной установки при этом заполняли разным количеством топлива. Несмотря на возросший почти на 30 процентов полетный вес, планер сохранял высокие полетные качества.

В январе 1940 года ракетоплан привезли на один из подмосковных аэродромов. Здесь провели последние свободные полеты и огневые испытания ЖРД. Специальная комиссия представителей промышленности и научно-исследовательских учреждений постановила допустить машину к ракетному полету.

РП-318-1 имел следующие характеристики. Вес конструкции 345 кг. Вес двигательной установки 136,8 кг. Вес топлива 75 кг. Вес пилота с парашютом 80 кг. Полный стартовый вес 636.8 кг. Длина 7,44 м, размах крыла 17 м, площадь крыла 22 м² Ввиду изношенности планера максимальная скорость была ограничена до 160 км/ч. После ее достижения полет должен был производиться с набором высоты.

Исторический старт ракетоплана РП-318-1 состоялся 28 февраля 1940 года. Самолет-буксировщик Р-5 несколько раз прорулил по взлетному полю, подготавливая взлетную дорожку в глубоком снегу. Федоров занял место в кабине пилота, В 17 часов 28 минут самолет-буксировщик пошел на взлет. На высоте 2800 м ракетоплан отцепился от буксировщика. Федоров включил ракетный двигатель. Наблюдавшие за полетом видели, как за ракетопланом появилось сначала серое облачко от зажигательной пирошашки, а затем пошел бурый дым. Двигатель заработал на пусковом режиме. Наконец, показалась огненная струя длиной около 1 м. Ракетоплан стал быстро набирать скорость и перешел в полет с набором высоты.

В отчете об этом Федоров пишет так:

...После отцепки установил скорость 80 км/ч. Выждав приближение самолета Р-5, наблюдавшего за мной, начал включение ракетного двигателя. Включение двигателя произвел на высоте 2600 м согласно инструкции. Пуск РД прошел нормально. Все контрольные приборы работали хорошо. По включении РД был слышен ровный нерезкий шум... Примерно за 5—6 с после включения РД скорость полета возросла с 80 до 140 км/ч. Я установил режим полета с набором высоты 120 км/ч и держал его все время работы РД. По показаниям вариометра подъем проходил со скоростью 3 м/с. В продолжение всей работы РД в течение 110 с был произведен набор высоты 300 м. По израсходовании компонентов топлива перекрыл топливные краны и снял давление. Это произошло на высоте 2900 м.

После включения РД нарастание скорости происходило очень плавно. На всем протяжении работы РД никакого влияния на управляемость РП-318 мною замечено не было. Планер вел себя нормально — вибраций не ощущалось. Нарастание скорости от работающего РД и использование ее для набора высоты у меня, как у летчика, оставило очень приятное ощущение.

После выключения спуск происходил нормально. Во время спуска был произведен ряд глубоких спиралей, боевых разворотов на скоростях от 100 до 165 км/ч».

10 и 19 марта 1940 года состоялись еще два успешных полета. Они убедительно показали, что техника ракетного двигателестроения достигла такого уровня, когда ЖРД из взрывоопасного экзотического устройства превращается в силовую установку, от которой уже не нужно защищаться железобетонной стеной. Первые в Советском Союзе полеты человека на летательном аппарате с чисто ракетной тягой стали реальностью.