在这以后，科罗廖夫担任试验设计局设计师，时间是1938——1942年， 而1942——1945年任试验设计局副总设计师。
1938年，科罗廖夫主持“PП—318—1”火箭飞机试验台点火试验。
1939年，由科罗廖夫设计的“212”地对地飞航式火箭顺利完成飞行。
1940年，“PП—318—1”火箭飞机完成首次飞行。
1941年 6月 22日，德国军队侵犯苏联，苏军奋起抵抗。苏德战争爆发。 眼看自己祖国的土地被法西斯匪徒蹂躏，人民遭受敌人涂炭，科罗廖夫才萌 生了在原有的飞机上安装喷气发动机作为推进器这一设想，用以加快飞机速 度。由科罗廖夫担任设计师、副总设计师的试验设计局承担了这一极其重要 而技术又十分复杂的火箭发动机的研制任务。
科罗廖夫不仅组织研制火箭发动机，而且亲自作飞行试验。当把试验设 计局制造出来的火箭发动机安装在“ПЕ—2”飞机上时，科罗廖夫毅然决然 地参加随机试飞试验。内行人都懂得，研究所、实验室里算出的数据，提出 的理论再有把握，再合乎逻辑，也必须经过无数次实践的检验，经过不断修 正错误后，才可能有成功的把握。装上火箭发动机的飞机在空中会是什么样 子，谁也说不清楚。在一次调整飞行时，发动机突然发生爆炸，飞机尾翼被 炸坏，但飞机却安全着陆了。人们认为，这次事故后，科罗廖夫再也不会参 加试飞了。可是，当他走下飞机时，竟高兴地说：“我好像找到了原因。我 信任这台发动机。明天再来一次试验。”果然第二天，科罗廖夫又随机试飞 了一次。
科罗廖夫表现出来的这种坚毅顽强、勇敢无畏的精神，是令人赞佩的， 也是每一个致力于科学事业的科研人员必须具备的。没有这种精神就不可能 在科研事业中取得半点成绩。
1943年10月 10日，装有火箭装置的“ПЕ—2”飞机完成了第一次单 独飞行。借助喷气发动机，飞机起飞滑跑距离缩短70米，能比其它飞机更快 地升空。
从1941年开始，科罗廖夫组织试验设计局研制了“PД—1”、“PД—2”、
“PД—3”飞机辅助液体燃料火箭发动机系列，它们均为自动点火，具有300 ——900公斤可调推力。
科罗廖夫在设计火箭助推器的同时，还在竭力实现制造火箭飞机的设 想。1942年12月16日，科罗廖夫在“PД—1”型喷气发动机截击机的设计 说明书中指出：这种飞机将用于保卫地面目标，以及对敌机进行空战，而且 也将是对敌坦克、火炮和高炮阵地，以及渡口等地面目标实施突然而迅猛的 攻击手段。这种火箭截击机，能在两分钟内上升10公里的高空，水平飞行最 大时速为1000公里。飞机续航时间为30分钟。它可装备两门23毫米口径机 关炮，备有150发炮弹和一挺机枪。
科罗廖夫认为，只要必要的条件予以保证，这种火箭截击机可望在短期 内高效地用于对德作战。但是，由于一连串科罗廖夫无法得知的原因，制造 这种火箭截击机的设想在当时未能实现。后来，这种类型的飞机终于制造出 来了，证明了科罗廖夫的设想是完全正确的。另外，能够使科罗廖夫得到安 慰的是，火箭研究所研制的火箭炮在1941年就装备了部队。苏联人民把这种 火力猛，威力大，机动性能好，适用于大面积目标射击的火箭炮亲切地称之 为“喀秋莎”。
1944年，在远离莫斯科的设计局工作时，科罗廖夫把自己全部的意志、 力量和知识贡献给了卫国战争。而在难得的短暂时间休息时，科罗廖夫依然 向往着那最令人神往的事业——冲出大气层、飞向宇宙。科罗廖夫坚信，人 们总会有一天要飞到火星、金星等星球上去的。科罗廖夫像个孩子似地说：
“我睡觉也要梦见火箭。”1945年，由于科罗廖夫顺利完成飞机火箭助推器 的研制工作而荣获第一枚“荣誉”勋章。
四、从洲际导弹到人造地球卫星
第二次世界大战结束，世界格局被雅尔塔体系左右，美苏两大国的争夺 愈演愈烈。美国以拥有核武器相威胁，苏联必须尽快研制出原子弹，打破美 国的核垄断局面。
当时，在得到苏共中央和苏联政府信任并委以制造火箭和核武器重任的 人士中有苏军装备部长、苏共中央政治局委员、国防部长、苏联元帅乌斯季 诺夫，苏联原子科学技术领导人、科学家库尔恰托夫，苏军炮兵司令、炮兵 主帅沃洛诺夫，苏军炮兵参谋长（后任战略火箭军司令）涅杰林，还有科罗 廖夫。
1946年3月，科罗廖夫和一些专家出国考察，了解到德国法西斯分子曾 使用“V—2”火箭袭击英国的和平城市，非常气愤，也深刻认识到在发展火 箭科学研究方面“必须走自己的路”。年底，科罗廖夫所在的设计局开始设 计自控远程火箭。科罗廖夫是这项新兴事业的心脏和灵魂，他把全部精力都 倾注在这项事业上。
1947年10月18日，在十月革命30周年前夕，在苏联某地的靶场发射 了第一枚弹道火箭样机。此后，在科罗廖夫主持下，又进行了多达11次新式 战略试验火箭的发射。这就为苏联火箭制造的富于成果的阶段奠定了坚实可 靠的基础。虽然当时火箭的发射重量仅仅几吨，同现代航天火箭发射重量的 300吨不能同日而语，但它正如科罗廖夫所说：“我们迈出了重要的一步。” 在当时发射第一批可控液体燃料远程火箭的靶场上矗立着一座独特的纪念碑 ——一枚火箭刺向苍穹。这可以说明科罗廖夫和他的伙伴们所从事的工程的 重要意义。
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