Работая в НИИ-4 МО, группа Тихонравова провела громаднейшую расчетную работу и доказала, что с помощью пакетной ракеты, состоящей из одноступенчатых ракет с дальностью около тысячи километров, можно вывести на орбиту искусственный спутник Земли.
В последующие годы работы по искусственным спутникам Земли становились все более масштабными. Были разработаны научные основы управления спутниками различного назначения, проведения наблюдений и измерений координат искусственных спутников Земли. 14 июля 1948 года на научной сессии Академии артиллерийских наук М. К. Тихонравов выступил с докладом «Пути осуществления больших дальностей стрельбы ракетами», где предложил пакетную схему ракеты на базе существующих ракет. Свой доклад он заключил словами: «Таким образом, дальность полета ракет не только теоретически, но и технически не ограничена».
Доклад был воспринят скептически. К нему отнесся серьезно только Сергей Павлович Королев, работавший тогда главным конструктором ОКБ-1. Он специально приехал к Тихонравову в НИИ-4, увидел расчеты и графики и сказал окружившим его инженерам: «Вы — инженеры с большой буквы!» Королев ухватился за идею пакетной ракеты и наладил сотрудничество с Тихонравовым, воплотив его идеи в ракете Р-7. Тому есть документальные доказательства. Дневник Тихонравова свидетельствует о частых встречах с Королевым. Пункт о перспективности направления работ по пакетной схеме появился в эскизном проекте ракеты Р-3 в 1949 году.
16 декабря 1949 года Королев направил в НИИ-4 техническое задание на выполнение научно-исследовательской работы «Исследование возможности и целесообразности создания составных ракет дальнего действия типа “пакет”». В сопроводительном письме к техническому заданию говорилось: «В связи с актуальностью работ по исследованию составных ракет типа “пакет”, проводимых в НИИ-4 МО под руководством члена-корреспондента Академии артиллерийских наук М. К. Тихонравова, НИИ-88 считает целесообразным заключение с НИИ-4 договора на эту работу с выдачей технического задания на ее выполнение».
В марте 1950 года в НИИ-4 МО состоялась научно-техническая конференция, на которой с большим докладом «Ракетные пакеты и перспективы их развития» выступил М. К. Тихонравов. Доклад показал возможность практической реализации составных ракет. В 1949–1950 годах группой Тихонравова был проработан двухступенчатый вариант «пакета» из трех ракет Р-3, стартовая масса каждой из которых была около 70 тонн, масса боевого заряда составляла три тонны, а дальность полета доходила до трех тысяч километров. В результате проведенных расчетов было установлено, что такой «пакет» может вывести на орбиту ИСЗ достаточно тяжелый груз.
