В то же время, невзирая на многочисленные усовершенствования, конструкторам не удалось повысить боеспособность комплекса. Время общей подготовки к старту осталось прежним – шесть часов. Боевое дежурство заправленной ракеты ограничивалось 15 минутами. После этого нужно было либо «выстреливать» ее, либо переносить запуск на следующие сутки. Слив кислорода, горючего, проверка систем и повторная заправка требовали длительного времени. Поэтому «Р-2» в основном использовали как учебную.
К исходу 1949 года рамки отдела № 3 НИИ-88 стали тесны для быстрорастущего конструкторского коллектива под руководством Сергея Королёва, и 30 апреля 1950 года вышел приказ о преобразовании его «фирмы» в Особое конструкторское бюро № 1 (ОКБ-1) по разработке ракет дальнего действия.
Тем временем на передний план вышла тема создания мощной межконтинентальной ракеты, способной донести атомный заряд до США. Однако необходима была и ракета, поражающая цели в оперативной глубине обороны противника. Такой ракетой стала одноступенчатая машина, получившая обозначение «Р-5».
Работа над «Р-5» велась в бюро Королёва с конца 1940-х годов. Новая ракета должна была иметь дальность полета, вдвое превышающую дальность предыдущего серийного изделия. В историю отечественного ракетостроения она вошла как первая ядерная ракета. И именно «Р-5» Сергей Королёв всерьез рассматривал в качестве носителя для полета человека на околоземную орбиту.
Идея запуска исследовательских ракет, создаваемых на базе немецкой «Фау-2», родилась вместе с уникальной в своем роде идеей отделяющейся боеголовки. Многочисленные эксперименты и расчеты показывали, что тяжелые баллистические ракеты типа «Р-2» будут разрушаться при возвращении с космических высот в атмосферу. Вспомнив довоенные проекты составных ракет, в марте 1947 года Королёв придумал сделать боеголовку самостоятельным объектом, который отделяется от основной ракеты и по баллистической кривой добирается до цели. 25 апреля, выступая на пленарном заседании ученого совета НИИ-88, Сергей Королёв заявил:
«На следующих машинах мы столкнемся и уже столкнулись с гораздо большими трудностями, связанными с использованной схемой. По поводу нагрузок и возможного разрушения ракеты в полете можно отметить, что в работах Циолковского есть предложения по составной ракете. Я думаю, что будет дальнейшее развитие идеи Циолковского. <…> Мы работаем сейчас над машинами, скорость которых сравнима с космическими скоростями, и я могу сказать, что наш следующий этап работ требует какой-то составной схемы. В случае успеха такую схему можно будет применить для этой машины и увеличить ее дальность…»
