Самолеты и торпедные катера нуждались в моторах большой мощности, и Берия создает шарашки, где проектируются двигатели. И Королев направляется в шарагу, под начало знаменитого конструктора авиационных и ракетных двигателей Валентина Петровича Глушко.

В 1934–1938 гг. Глушко работал в РНИИ начальником отдела по разработке жидкостно-реактивных двигателей. В марте 1938 г. он был арестован и по август 1939 г. находился под следствием во внутренней тюрьме НКВД на Лубянке и В Бутырской тюрьме. 15 августа осужден Особым совещанием при НКВД СССР сроком на 8 лет, впоследствии оставлен для работы в техбюро. До 1940 г. он работает в конструкторской группе 4-го Спецотдела НКВД при Тушинском авиамоторном заводе № 82. За это время были разработаны проект вспомогательной установки ЖРД на самолетах С-100 и «Сталь-7». В 1940 г. Глушко переводят в Казань на завод № 27, где он продолжает работы в качестве главного конструктора КБ 4-го Спецотдела НКВД при Казанском заводе № 16 по разработке вспомогательных самолетных ЖРД РД-1, РД-1ХЗ, РД-2 и РД-3. Формально начальником КБ был полковник В. А. Бекетов.

19 ноября 1942 г. Королев прибыл в Казань и был направлен в КБ, которым руководил В. П. Глушко. КБ работало над созданием четырехкамерного реактивного двигателя на жидком топливе тягой 1200 кг. Однако на первом этапе наиболее реальной оказалась установка однокамерного варианта РД-1 тягой 300 кг в качестве вспомогательного двигателя на самолет Петлякова Пе-2.

На втором этапе предполагалось построить реактивный самолет-перехватчик РП с четырехкамерным РД-1. Проект этого самолета выполнили в КБ в очень короткий срок. Пояснительная записка к нему, написанная Королевым, датирована 16 декабря 1942 г. В ней говорилось: «Предполагаемый самолет-перехватчик с реактивным двигателем РД-1 является представителем нового класса сверхскоростных высотных истребителей. РП обладает исключительно высокими летными и тактическими качествами и мощным вооружением, что при сравнительно большой для реактивных машин продолжительности полета позволяет ему решать многие недоступные для винтомоторных самолетов тактические задачи. РП может догнать и уничтожить любой современный скоростной самолет, летящий на сколь угодно большой высоте и попавший в зону его действия. Малая трудоемкость и доступность в изготовлении самолета РП и двигателя РД-1 позволяют в короткие сроки наладить выпуск машин для использования в идущей войне».[65]

26 декабря 1942 г. Королев направил в Наркомат авиационной промышленности докладную записку и план работ по авиационной реактивной установке РУ-1 для самолета Пе-2. Эти предложения были поддержаны директорами казанских заводов № 16 и № 22.

8 января 1943 г. для реализации этого плана создается группа реактивных установок № 5 во главе с Королевым как главным конструктором авиационной реактивной установки. Группа состояла из четырех бригад, включавших 16 человек, из которых пятеро — специалисты 4-го Спецотдела НКВД, а остальные одиннадцать — вольнонаемные.

23 января Королев и Глушко представили на имя Берии докладную записку о ходе работ. В тот же день аналогичные докладные записки подписали директора заводов № 16 и № 22. Испытания самолета Пе-2 с реактивной установкой начались уже 7 августа 1943 г. Первый полет с включением РД-1 на высоте 2760 м состоялся 1 октября. Предварительные итоги работы группы № 5 в этом направлении Королев изложил в докладной записке от 15 октября 1943 г. на имя начальника 4-го Спецотдела НКВД В. А. Кравченко. В записке отмечалось, что к тому времени проведено 10 запусков РД на самолете Пе-2 на земле и 8 успешных полетов с включением РД в воздухе, что дает основание для выводов о реальности «в самые короткие сроки поставить реактивную технику на службу Красной Армии» и о том, «что вспомогательные реактивные установки могут успешно применяться не только на самолетах Пе-2, а их следует осуществлять также и на самолетах других типов с соответствующим учетом тактико-технических особенностей последних».[66]

16 июля 1944 г. Берия отправил Сталину совершенно секретное письмо:

«В 1942–43 гг. по проектам заключенных специалистов 4 Спецотдела НКВД СССР на заводе № 16 НКАП выполнены следующие работы, имеющие важное оборонное значение:

1. По проекту Глушко В. П. построены опытные реактивно-жидкостные двигатели РД-1, предназначенные для установки на самолеты в качестве ускорителей. Опытные образцы двигателей РД-1 прошли заводские летные и совместные стендовые испытания с удовлетворительными результатами.

В настоящее время на заводе № 16 изготавливается опытная серия реактивных двигателей РД-1 для отработки всех вопросов, связанных с применением и дальнейшим развитием этих двигателей.

2. По проекту Добротворского A. M. на базе спаривания двух серийных моторов М-105 построены мощные авиационные моторы МБ-100 со взлетной мощностью 2200 л/с и МБ-102 со взлетной мощностью 2450 л/с.

В настоящее время моторы МБ-100 проходят летные испытания на самолете Ер-2 и моторы МБ-102 подготовляются к установке на самолете „102“.

Помимо этих работ, специалистами 4 Спецотдела НКВД СССР была оказана большая техническая помощь заводу № 16 в период строительства и монтажа этого завода, в частности, по проекту и под руководством специалистов 4 Спецотдела НКВД СССР на заводе № 16 была построена опытная механическая база авиамотостроения.

Группа квалифицированных специалистов 4 Спецотдела НКВД СССР, работающая на этом заводе на руководящих технических должностях, во многом способствовала заводу в успешном выпуске продукции.

По отзывам Наркомавиапрома тов. Шахурина, работы, выполненные заключенными специалистами 4 Спецотдела НКВД СССР, по технической новизне и умелому решению ряда сложных технических и конструкторских проблем, являются весьма ценными.

Учитывая важность проведенных работ, НКВД СССР считает целесообразным освободить, со снятием судимости, особо отличившихся заключенных специалистов, с последующим направлением их на работу в Авиапромышленность.

Прилагая при этом список на 35 заключенных специалистов, прошу Ваших указаний».[67]

В приложенном списке значилась и фамилия С. П. Королева:

«Королев Сергей Павлович, 1906 г. рождения, бывш. ст. инженер НИИ-3. Осужден Особым Совещанием при НКВД СССР 10.VII-40 г. по ст. ст. 17–58–11 на 8 лет».

Результатом обращения Л. П. Берии к Сталину стало решение Президиума Верховного Совета СССР от 27 июля 1944 г. о досрочном освобождении перечисленных в его письме специалистов со снятием с них судимости.

9 августа 1944 г. Королев был освобожден. А 29 августа был освобожден Глушко, причем с него была даже снята судимость.

В декабре 1944 г. в КБ завода № 16 была проведена реорганизация. На базе двигательного КБ-2 и группы реактивных установок № 5 в системе НКАП было создано ОКБ специальных двигателей — ОКБ СД. В секретных документах его называли ОКБ реактивных двигателей — ОКБ РД. Главным конструктором назначили Глушко, а Королев стал его заместителем.

ОКБ СД попыталось довести до ума бомбардировщик Пе-2РД, который помимо двух поршневых двигателей ВК-105РА в 1100 л.с. имел жидкостно-реактивный двигатель РД-1 с тягой в 300 кг. РД-1 устанавливался в хвосте фюзеляжа и использовался в качестве временного ускорителя. Однако прирост скорости был невелик — 520 км/час на высоте 5 км. Из-за неудачной конструкции двигателя периодически происходили аварии. Так, 12 мая 1945 г. в ходе очередного полета на высоте 7 км произошел взрыв РД-1. Пилоту А. Г. Васильченко с трудом удалось посадить самолет. Находившийся на борту С. П. Королев был обожжен. На вооружение Пе-2РД не поступил, но 16 октября 1945 г. Глушко был награжден орденом Трудового Красного Знамени, а Королев — орденом Знак Почета.

Кроме Пе-2РД жидкостно-реактивный двигатель РД-1 испытывался на самолетах Ла-7, Як-3 и Су-6. Также разрабатывался трехкамерный азотнокислотно-керосиновый ЖРД РД-3 тягой 900 кг, проведены официальные стендовые испытания ЖРД РД-1ХЗ с химическим повторным зажиганием. В 1945 г. Глушко назначен заведующим кафедрой реактивных двигателей Казанского авиационного института.