После успешных полетов крылатых ракет Сергей Павлович стал начальником сектора, а потом и целого отдела.
Позднее под его руководством была разработана оригинальная методика испытания ракет, для чего построили специальные стенды и приспособления. Так, Королев и его помощники впервые применили старт ракеты с катапульты.
Для этого ими был построен длинный рельсовый путь, по которому ходила тележка. На ней — пороховые двигатели. Они служили стартовыми ускорителями, разгоняли тележку и установленную на ней стартующую ракету. После отрыва от тележки ракета летела уже под действием тяги собственного двигателя. Ракета набирала высоту в зависимости от запаса топлива на борту, а после выключения двигателя автоматически переводилась в планирование или пикирование на цель.
Большое внимание «гирдовцы» уделяли вопросам управления и стабилизации полета крылатой ракеты. Была даже предложена система самонаведения и заказано оборудование, необходимое для этого. Но, к сожалению, оно так и не поступило в РНИИ.
Непосредственно этими вопросами занимался инженер Пивоваров. По его чертежам были построены несколько гироскопических приборов стабилизации (ГПС). Опробовали эти приборы сначала на пороховых крылатых ракетах. Потом перенесли автоматы на ракеты с ЖРД. Наиболее полно управление с помощью автоматов было применено на ракете «06/4» (или «212»).
Были последовательно разработаны и испытаны гироскопические автоматы на одну, две и три степени стабилизации. Автопилоты разрабатывались с учетом специфики их работы на ракетах. Например, для объектов, пускаемых с земли (типа «216» и «212»), характерными особенностями являлись: значительные перегрузки при старте, быстрое нарастание скорости и увеличение угла подъема при наборе высоты, последующий переход к полету по инерции до скорости планирования, затем планирование на угле и так далее.
В последние годы существования РНИИ было сделано еще несколько десятков огневых пусков жидкостных крылатых ракет. Максимальная достигнутая высота подъема составила около километра и дальность полета от 2,5 до 3 километров. При этом следует отметить, что устойчивый полет в плоскости полета был достигнут только в нескольких отдельных случаях: на дальности не более 1000 метров и на высотах 400–500 метров. В дальнейшем с ростом скорости полета и угла подъема автопилоты оказывались неспособными удержать ракету, и последняя начинала «петлять», делала крутые виражи с набором высоты и наконец переходила в падение.
Даже первые эксперименты с моделями крылатых ракет убедили Королева в том, что ракетоплан будущего, способный подниматься в стратосферу и выше, должен быть спроектирован на основании других принципов, нежели обыкновенный самолет.
Наиболее детальный анализ существовавших в то время возможностей для создания такого аппарата содержится в выступлении Сергея Королева на I Всесоюзной конференции по применению ракетных аппаратов для исследования стратосферы, состоявшейся 2 марта 1935 года в ЦДКА имени Фрунзе. В этом выступлении Королев впервые четко определил особенности и возможные схемы пилотируемой ракеты, рассчитал ее весовые и летные характеристики.
«Различными изобретателями, — говорил Сергей Павлович, — было предложено в разное время множество всяческих ракетных аппаратов, которые, по мысли авторов, должны были внести переворот в технику. В большинстве своем эти схемы были очень слабо и в собственно ракетной своей части малограмотно разработаны. В последнее время многие предложения сводились к простой постановке ракетного двигателя (на твердом или на жидком топливе) на общеизвестные типы самолетов. Нет надобности много говорить о всей несостоятельности подобного механического перенесения ракетной техники в авиацию».
Тогда же Королев пояснил, что при всем сходстве ракетного и винтового летательных аппаратов есть различие в динамике их полета, траектории и весовых данных. Ракетоплан представлялся Королеву в виде свободнонесущего моноплана с центрально расположенным фюзеляжем и хвостовым оперением на нем. Ракетоплану присущи малый размах, малое удлинение, малая несущая поверхность. Фюзеляж будет иметь значительную длину, и в нем расположатся в основном двигатели и баки, питающие двигательные устройства. Возможно, что крыло также будет использовано для размещения различных агрегатов двигателя и приборов.