После вмешательства Королева программа обучения была радикально изменена. В ней появились баллистика, механика и динамика космического полета, технические дисциплины, курсы по конструкции ракеты-носителя и космического корабля. Эти новации не вызвали возражений среди кандидатов в космонавты: Валентину Бондаренко и другим ребятам из космического отряда стало ясно, что их, военных летчиков, готовят не на унизительную роль «подопытных кроликов», а в качестве настоящих пилотов будущих космических кораблей.
Претерпел изменения и состав преподавателей, особенно по прикладным техническим дисциплинам. Среди лекторов появились работники конструкторского бюро, которым руководил Сергей Павлович Королев. Занятия по основам космической техники, проводили К.Д.Бушуев, О.Г.Макаров, Б.В.Раушенбах, В.И.Севастьянов, М.К.Тихонравов, К.П.Феоктистов. Любопытно, что трое из числа этих преподавателей – Константин Феоктистов, Виталий Севастьянов и Олег Макаров – в будущем сами станут космонавтами.
«Программа нашего специального обучения была рассчитана на то, чтобы космонавты приобрели необходимые сведения по теоретическим вопросам предстоящего полета, выработали практические навыки по управлению оборудованием и аппаратурой кабины космического корабля, - вспоминал Герой Советского Союза, летчик-космонавт СССР Евгений Хрунов. - Это требовало от нас изучения различных, порой, казалось, просто несовместимых дисциплин. В программе были и основы ракетной техники, и вопросы космической медицины, астрономии, и конструкции космических кораблей, и многое-многое другое. Занятия проводились на академических базах, в конструкторских бюро, научно-исследовательских учреждениях, в госпиталях, кино- и фотостудиях, в штурманских классах. Каждый специалист так стремился передать нам весь свой опыт, свои знания, что порой думалось: врач хочет сделать нас врачом или по меньшей мере фельдшером, астроном - астрономом, кинооператор - кинооператором. Люди, учившие нас, отдавались этим занятиям, не считаясь ни с личным временем, ни с праздничными и воскресными днями».
Валентину Бондаренко, как и большинству его товарищей из «космической двадцатки», лекции по космической технике, на которой предстояло подняться к звездам, нравились намного больше, чем лекции по космической медицине. Это была как раз та техника, на которой они собирались взлететь на космические орбиты, которую они должны были знать в совершенстве и которой нужно было научиться безошибочно управлять. Требовалось изучить корабль и его бортовые системы, динамику полета ракеты-носителя и космических аппаратов. Все было внове и все было необычно – совсем не авиационная форма корабля, его скорость движения и высота полета. Во время службы в военной авиации молодые пилоты ни с чем подобным не встречались. Например, самолет обладает широким диапазоном возможностей маневра по курсу, а вот первый космический корабль его не имел вообще. Пилот, летящий в самолете, почти постоянно работает в условиях дефицита времени и психологических нагрузок. А пилот космического корабля при нормально протекающем орбитальном полете в период между коррекциями траектории, стыковками и прочими динамическими операциями имеет возможность «расслабиться», а то и вовсе полностью оставить управление кораблем. Но в ходе процесса посадки на Землю или в аварийных условиях все наоборот – теперь космонавту дорога не только каждая секунда, а даже доля секунды, и время в таких условиях, кажется, летит с гораздо большей скоростью, чем при обычном полете на самолете.
Марс Закирович Рафиков, один из кандидатов в космонавты, позднее вспоминал:
«Каждую субботу вывешивалось расписание занятий на следующую неделю, несколько дней отводилось на теоретическую подготовку: ракетная техника, космические аппараты, астрономия, астрофизика, геофизика, кинодело, радиоориентирование и еще много других дисциплин. Были предусмотрены дни для полетов на пилотаж, по приборам вне видимости естественного горизонта, ночью и …на невесомость» (4.3).
Подготовка первого отряда космонавтов не ограничивалась парашютными прыжками и лекциями по космической технике и медицине. Будущие космонавты впервые почувствовали, что такое невесомость в специальных полетах на самолете, который делал в воздухе «горку».
Ознакомительно-тренировочные полеты кандидатов в космонавты на невесомость выполнялись в те годы на учебном реактивном самолете МиГ-15УТИ. Через несколько лет в распоряжении космонавтов появится специально переоборудованный для таких полетов пассажирский самолет Ту-104. Ну, а пока летчик поднимал обычный учебный МиГ в небо и набирал необходимую скорость. Самолет взлетал на «горку», а потом начинал пикировать по определенной траектории. В это время внутри самолета наступала невесомость – все тела теряли свой вес. Невесомость была очень кратковременной – от 20 до максимума в 45 секунд. Целью этих полетов было как ознакомление будущих космонавтов с самим состоянием невесомости, так и тренировка навыков их работы при выполнении различных действий – от бытовых до технических. Во время кратковременной потери веса кандидатам в космонавты нужно было успеть не только сориентироваться в тесном пространстве кабины самолета, но и выполнить простейшие учебные задания.
Ознакомительно-тренировочные полеты проводились с 11 мая по 15 июля 1960 года под руководством видного ученого в области авиационной и космической медицины Е.М.Юганова. За время проведения летной части исследований выполнено 103 полета с налетом 56 часов 20 мин.
Управление полетом осуществлял летчик из передней кабины самолета. Вторая кабина, в которой находился кандидат в космонавты, была укомплектована медицинской аппаратурой для изучения координации движений и регистрации физиологических параметров, киноаппаратом для съемки мимики лица испытуемого в условиях перегрузки и невесомости. Начало и конец невесомости определялись по «индикатору», в качестве которого использовался обычный плексигласовый шарик на ниточке. В начале невесомости он «всплывал» вверх, а при воздействии перегрузок опускался вниз, к середине пилотской кабины. Во время выполнения самолетом параболы Кеплера на ее начальном и конечном участках действовали перегрузки 3-4 единицы в течение примерно 15 секунд, а потом наступало состояние невесомости, которое длилось около 40-45 секунд. Во время ознакомительно-тренировочных полетов кандидатам в космонавты нужно было выполнить три полета по три параболических горки в каждом. В первом полете испытуемые знакомились с состоянием невесомости и отрабатывали возможность ведения радиопереговоров с Землей. Во втором полете изучалась координация движений слушателей-космонавтов, острота их зрения, возможность приема ими пищи и воды. В третьем полете выполнялась регистрация физиологических параметров: температуры, давления, частоты пульса и т.п.
Координация движений испытуемых в ходе этих полетов на самолете МиГ-15УТИ изучалась с помощью выполнения пробы письма как при фиксации кандидата в космонавты к пилотскому креслу, так и при свободном его нахождении в безопорном парении. В горизонтальном полете в условиях невесомости кандидаты в космонавты должны были написать один и тот же заданный текст: «Циолковский – основоположник космонавтики». Последующий анализ почерка испытуемых показал, что при фиксации кандидатов в космонавты к пилотскому креслу кратковременная невесомость не оказывала существенного влияния на характер их почерков, а в состоянии свободного парения в «бассейне невесомости» никому из кандидатов в космонавтов с первых попыток не удалось произвести запись заданного текста. Валентин Бондаренко со смехом рассказывал друзьям, как он в условиях невесомости рисовал каракули на листе бумаги.
В полетах участвовали кандидаты в космонавты Комаров В.М., Волынов Б. В., Николаев А.Г., Филатьев В.И., Заикин Д.А., Быковский В.Ф., Леонов А.А., Титов Г.С., Нелюбов Г.Г., Рафиков М.З., Варламов B.C., Бондаренко В.В., Карташов А.Я., Беляев П.И., Попович П.Р., Гагарин Ю.А., Аникеев И.Н., Горбатко В.В., Шонин Г.С. и Хрунов Е.В. Первые 13 человек кандидатов в космонавты выполнили по 4 полета. Остальные 7 человек - по 5 полетов.