Первым серьезным шагом ОКБ-52 в космос можно считать создание в начале 1960-х годов экспериментального аппарата "МП-1", проект которого был "узаконен" Постановлением ЦК КПСС и Совета Министров от 13 мая 1961 года "О разработке пилотируемых ракетопланов". Владимир Челомей вполне резонно полагал, что основными проблемами на пути создания ракетопланов и космопланов являются обеспечение управляемости и устойчивости летательных аппаратов при входе в атмосферу и создание эффективной теплозащиты. Данных о воздействии воздушной среды на летательный аппарат при скоростях выше трех звуковых попросту не было, как и стендов, позволявших провести моделирование этих непредсказуемых процессов в большом масштабе. Единственным способом проверки расчетно-теоретических исследований мог быть только натурный эксперимент. Первым таким испытанием и стал запуск экспериментального гиперзвукового летательного аппарата "МП-1". Изделие (длиной 1,8 м и массой 1,75 т) состояло из контейнера и заднего тормозного зонта. Контейнер представлял собой конус с большим удлинением, заканчивавшийся цилиндрической частью, на которой спереди устанавливались графитовые рули. В задней части располагался тормозной зонт, отдельные лепестки которого могли отклоняться при помощи пневмоприводов. На космическом участке полета стабилизация обеспечивалась соплами на сжатом воздухе, который подавался из баллона высокого давления, занимавшего носовую часть аппарата. Приземление производилось по трехступенчатой парашютной системе, что давало возможность изучить теплозащитные покрытия после полета. В процессе самого полета данные о состоянии "МП-1" передавались радиотелеметрической системой и фиксировались запоминающими устройствами.
Владимир Челомей всячески форсировал процесс, поскольку в условиях ожесточенной конкуренции различных бюро за космические заказы он должен был показать товар лицом. Инженеры в Реутово перешли на работу в три смены. В октябре 1961 года "МП-1" был собран и готов к отправке на испытательный полигон Капустин Яр.
Запуск экспериментального аппарата с помощью модифицированной одноступенчатой ракеты "Р-12" был произведен 27 декабря 1961 года. "МП-1" пролетел расстояние 1760 км с максимальной скоростью 3,8 км/с, поднявшись на высоту 405 км и совершив управляемый спуск в атмосфере. Задачи полета были выполнены полностью — причем впервые в мире был осуществлен спуск из космоса крылатого судна! К сожалению, этот выдающийся по тем временам прорыв был надолго засекречен.
Работы ОКБ-52 не исчерпывалась вышеописанными проектами. В течение 1961 года бюро Владимира Челомея проектировало пилотируемые космические самолеты "АК-3" и "АК-4", спускаемые с орбиты в контейнере, а также прорабатывало суборбиталь-ный ракетоплан "СР" и проводило анализ бомбардировочного ракетоплана "СП". Грандиозные космические успехи побуждали конструкторов рассматривать совершенно фантастические проекты: так, в космоплане "АК-3" предлагалось использовать ядерный ракетный двигатель с водородом в качестве рабочего тела. Чтобы предотвратить падение реактора на Землю, было решено снабдить его двигателем и уводить реактор на орбиту "захоронения" за счет его собственной тяги.
В 1962 году значительной практической разработкой ОКБ-52 стал аппарат "М-12" ("МП-2") — натурная модель маневрирующей головной части "АБ-200", создававшейся для "глобального" варианта ракеты "УР-200А" ("8К83"). Кроме того, "М-12" имитировал собой коническую капсулу, в которой предполагалось спускать с орбиты боевые ракетопланы. Для стабилизации и управления на атмосферном участке полета аппарат был снабжен четырьмя титановыми рулями в хвостовой части. На космическом участке управление обеспечивали жидкостные микродвигатели.
Пуск "М-12" на ракете "Р-12" был произведен 21 марта 1963 года. Аппарат массой 1750 кг разогнался по баллистической кривой с максимальной высотой полета 408 км и вошел в атмосферу на расстоянии 1760 км от старта. Однако при этом "М-12" развалился на части — причиной, по-видимому, стало отслоение теплозащитного покрытия.
К 1963 году была завершена эскизная проработка четырех вариантов пилотируемых ракетопланов: одноместного орбитального истребителя спутников, одноместного орбитального бомбардировщика наземных целей, семиместного транспортного ракетоплана межконтинентальной дальности и двухместного научно-исследовательского ракетоплана для облета Луны. Первый, второй и четвертый ракетопланы предполагалось запускать в космос на ракете "УР-500", третий — выводить на баллистическую траекторию ракетой "УР-200".