Окончательный расчет самолета с дополнительным реактивным «сердцем» Сергей Павлович утвердил 24 мая 1943 года. Во введении он писал: «Необходимо отметить, что РУ-1 является совершенно новым техническим агрегатом, впервые осуществленным на самолете с целью испытания и отработки реактивного двигателя в летных условиях».

Подготовка самолета и изготовление всех частей РУ-1 велись быстрыми темпами. Тут сказалась и организаторская хватка Сергея Павловича. Уже в том же 1943 году на одном из заводских аэродромов можно было видеть внешне почти обычный Пе-2, но стоявший отдельно от своих собратьев и время от времени (когда подходил срок огневых испытаний) громко гудевший и извергавший огненную струю из сопла, помещенного в его хвостовой части. Самолет этот значился в документах под номером 15/185.

В техническом описании, составленном С. П. Королевым специально для заводских испытаний первенца, говорилось, что «для грамотной эксплуатации РУ-1 требуется тщательное, глубокое изучение конструкции ее агрегатов и систем, строгое соблюдение всех правил обращения с ними». Экипаж самолета состоял из трех человек: летчика, инженера-экспериментатора на месте штурмана и еще одного инженера на месте стрелка-радиста.

В инструкции четко определялось все, что надо было делать при подготовке опытной машины к полетам. «Любые отступления, — предупреждал С. П. Королев, — от установленных правил допустимы лишь с письменного разрешения главного конструктора РУ-1».

Забота о людях, их безопасности, как видим, проявлялась С. П. Королевым с первых шагов в ракетной технике. И здесь он продумал многое: и приборы контроля за режимом РД, и автоматику, способную выключить двигатель в случае любой неисправности. Впрочем отключить РД в нужный момент мог вручную и летчик, и каждый из инженеров-экспериментаторов.

Для опробования РУ-1 на земле Сергей Павлович рекомендовал на всякий случай удалять самолет от других машин и от строений, устанавливать его против ветра. Чтобы пламя от сопла не попадало на оперение, хвост рекомендовалось поднимать над землей, а сам самолет на стоянке надежно закреплять.

Каждая операция с РУ-1 подробно описана, чтобы экипаж мог в любой момент проследить, правильно ли идет работа. Описание сделано в стиле, характерном для С. П. Королева. Вот что говорит, например, он о пуске РД с помощью воздуха, насыщенного парами эфира: «Горящая эфиро-воздушная смесь заполняет весь объем камеры и выходит в виде языка пламени из сопла… Пламя получается мощным, устойчивым и имеет золотистую окраску». Именно это пламя и зажигает топливную смесь.

Для проведения заводских испытаний Пе-2 с реактивным «сердцем» была создана комиссия. В нее вошли конструктор двигателя В. П. Глушко и автор реактивной установки С. П. Королев. Летчиком, пилотировавшим необычный бомбардировщик, был Г. А. Васильченко. Королев был включен и в летный экипаж в качестве инженера-экспериментатора.

Испытания в воздухе проводились по широкой программе. Первый полет предназначался для пробного включения и рассчитывался на 30 минут. Потом предстояли шесть полетов общей продолжительностью в четыре с половиной часа для включения РУ в режиме максимальной скорости на высоте 2500, 5000 и 7000 метров. После этих испытаний экипажу нужно было готовиться к полетам при двухкратном включении реактивного «сердца» и тоже на максимальной скорости. Планировалось два таких полета.

Далее в программе значились полеты с двумя запусками ракетного двигателя на малой высоте, у земли. Затем следовали три полета с включением РУ-1 на взлете, еще два в режиме набора высоты. Всего планировалось шестнадцать полетов.

Программа испытаний в действительности сильно разрослась. Всего на Пе-2 было совершено 110 полетов, в том числе 29 с включенной реактивной установкой. Четырнадцать раз экипаж поднимался для отладки оборудования, 67 полетов было выполнено для отработки зажигания. Эта последняя задача в первоначальной программе испытаний не значилась, а потребовала, как видим, львиной доли летного времени. Дело в том, что поначалу пусковая смесь зажигалась с помощью электрической свечи накаливания. Но свеча работала неустойчиво, особенно на больших высотах. Тогда главный конструктор двигателя В. П. Глушко разработал систему химического зажигания двигателя (ХЗ) и к названию двигателя добавились две буквы: РД-1ХЗ. Эту систему опробовали, а затем доводили в многочисленных полетах.

«Двигатель РД-1 с химическим зажиганием, — отмечалось в отчете об испытаниях, — надежен на земле и в воздухе. Допускает повторные включения, число которых зависит от запаса пусковой самовоспламеняющейся жидкости». Реактивная часть самолета в течение двух лет работала хорошо.

Все эти испытания заняли два года времени. Первый раз самолет Пе-2 с включенным жидкостным реактивным двигателем летал 1 октября 1943 года. Ракетное «сердце» билось тогда в течение 2 минут, и его выключили, когда самолет вошел в облака. К моменту остановки давление в камере сгорания возросло до 20–30 атмосфер, а скорость полета увеличилась на 92 километра в час.

Экипаж, взволнованный первым успехом, приземлился и, не уходя от машины, решил проверить, нет ли дефектов в реактивном оборудовании. Никаких дефектов не выявилось. «Значит, можно в новый полет», — решил С. П. Королев и дал команду товарищам: отдохнуть и подготовиться к следующему вылету. Через день — повторный полет. Ракетный двигатель включили на скорости 365 километров в час, и он работал 3 минуты. После этого обороты моторов увеличили, и РД тянул еще минуту. И опять все оборудование после полета оказалось полностью в исправности.

Что же чувствовал летчик при включении «реактивного помощника» на борту? «В первые секунды, — говорилось в отчете, — создавался небольшой кабрирующий момент и ощущалось ускорение. Возникало давление на штурвал, которое легко устранялось летчиком. Условия пилотирования не ухудшались».

4 октября 1943 года экипаж шесть раз поднимался с бетонной полосы при включенной реактивной установке. Она работала каждый раз по минуте и каждый раз сокращала длину разбега. Затем начались систематические полеты, продолжавшиеся до мая 1945 года. РД включался десятки раз на разных высотах и на максимальных скоростях.

В течение всех испытаний Сергей Павлович, как правило, непосредственно находился на борту летающей реактивной лаборатории и вместе со всем экипажем делил опасности и трудности освоения нового устройства в воздухе. Поначалу реактивная установка преподносила экипажу сюрпризы. Так, в одном из полетов вышла из строя газовая трубка на высоте 2500 метров, в другой раз упало давление в камере сгорания, а как-то двигатель даже самовыключился. По возвращении из таких полетов Сергей Павлович вместе с другими членами экипажа не уходил с аэродрома, пока не устранял неполадки. А в следующий летный день экипаж снова шел в небо, чтобы довести проверку ракетного «сердца» до конца.

Руководство установкой на самолеты первых жидкостных реактивных двигателей и проведение летных испытаний было очень сложным и рискованным делом. Вот что вспоминает о тех днях К. И. Трунов, работавший в то время с С. П. Королевым и ставший впоследствии одним из близких его друзей:

«Сергей Павлович был очень искусен в испытании техники, особенно в полетах. Это умение пришло к нему благодаря инженерной эрудиции и летному опыту, выработавшему привычку к риску. Там, где был риск, он всегда старался проделать эксперимент лично. Он был находчив, умел заметить и устранить неисправности. Профессиональная строительная школа, которую он окончил в юности, дала ему навык все делать своими руками, что также было полезно в полете.

Когда во время войны он занялся установкой жидкостных реактивных двигателей на некоторые самолеты, дело это было абсолютно новое и, как оказалось, весьма рискованное. Двигатели тогда еще только отрабатывались и иногда взрывались. Вот что произошло, например, с самолетом Пе-2, когда на нем испытывался жидкостный ракетный ускоритель.

Сергей Павлович попросил меня зайти и посмотреть, как работает жидкостный двигатель на самолете, на котором ему предстояло подняться в воздух. „Ты как летчик скажи мне свое мнение“, — попросил он. Мы отправились на аэродром. На земле двигатель работал нормально. „Надо все же испытать его в воздухе и убедиться лично, что все работает исправно“, — сказал Сергей Павлович.