1960年8月19日，载有两只狗两只大白鼠、40只小老鼠和其他一些动植物的卫星式飞船2号发射入轨，进行了生物和航天医学试验，检验了飞船的安全性能和返回系统。返回舱飞行18圈后，返回着陆成功。1960年12月1日，又发射了卫星式飞船3号，船上装有两只小狗和一些植物，飞行27圈后再入回收时失败。1961年3月9日，苏联发射卫星式飞船4号，船内装有模拟假人及1只几内亚猪、1只狗、若干小动植物。该飞船和载人飞船状态完全一致，结果获得圆满成功，按指令在指定地点着陆。与此同时，在莫斯科郊外的航天员培训中心，准备上天的首批航天员季托夫、加加林、邦达连科等人正在进行一系列上天前的模拟训练。1961年3月23日，邦达连科在为期10天的地面训练的最后一天，在充满高浓度氧气的气压室里训练后，他用酒精棉球擦拭身上固定过传感器的部位，然后顺手将棉球扔向一旁，恰巧落在炽热的电热器上，火苗一下蹿了起来，立即引起大火。他被严重烧伤，经抢救无效而死亡。这是第一个死于事故的未上天的航天员。1961年3月25日，又一次进行了卫星式飞船5号的发射试验，获得了圆满结果。
至此，苏联已进行了9次无人飞船试验，除了用卫星式飞船编号的5次外，另外4次用了卫星编号。9次试验中，失败4次，成功5次，其中最后两次连续成功。苏联决策机关认为已完全具备了载人飞船的发射能力。1961年4月8日，苏联国家航天委员会研究决定发射载人的东方1号飞船。10日晚，加加林被决定为第一个上天的航天员，季托夫为替补航天员。
1961年4月12日拂晓，广袤无垠的哈萨克大草原依然是春寒料峭，寒气逼人。设在这里的拜科努尔发射场上竖立者一枚巨大的白色火箭，它在蓝天映衬下特别醒目，这就是SS-6洲际弹道导弹。不过其顶端装的不是核弹头，而是“东方1号”载人飞船，它于11日夜里刚刚安装就绪。不远处匍匐着装有火箭燃料的列车，沙丘旁停放着红色消防车。所有在场的人都非常激动，因为世界第一位飞往宇宙的使者——尤里·加加林即将从这里升空。
为了这一天的到来，有多少人熬过了不眠之夜啊！如今就要梦想成真了。此时，加加林的心情又是怎样的呢？他前一天在发射场与总设计师科罗廖夫一起登上发射台的平台，走到飞船跟前。他们默默地站着，望着天空，陷入沉思，想着即将进行的飞行，科罗廖夫打破了沉默说：“加加林，你真幸运，你将从无与伦比的高处观看我们美丽的地球。但是发射和飞行都不会轻松，要经受各种考验，包括那些未预料到的，明天的飞行有风险。”接着又安慰他讲：“你要记住，不管发生什么事情，我们都会竭力支援你。”加加林听后心潮澎湃，暗下决心，无论如何也要完成这项光荣而艰巨的历史使命。
12日清晨，加加林从梦中被医生叫醒。他迅速吃了一顿特别的早餐，便穿上航天服前往发射台。当加加林乘坐的汽车出现在发射场时，等候多时的人群沸腾起来。汽车一直开到矗立着的火箭脚下。身穿橙黄色臃肿航天服、头戴乳白色头盔的加加林从前门下了汽车，后面跟着航天服的设计师和一位医生。加加林走向现场领导小组，举手敬礼并报告：“国家委员会主席同志，飞行员加加林准备乘坐世界上第一艘载人飞船飞行。”接着，他们热情拥抱。然后加加林向报界和电台发表了简短的历史性讲话，向为他送行的人们挥手致意。
7时10分，加加林进入“东方1号”飞船座舱，等待着人类历史上第一次进入太空飞行时刻的到来。
苏联火箭之父、东方号总设计师科罗廖夫坐阵指挥了这次具有历史意义的发射。
9时07分，东方号火箭载着飞船从拜科努尔发射场东方号火箭发射工位发射升空。两分钟后，捆绑在东方号火箭上的4个助推器分离并脱落。又过30秒，卫星整流罩打开并被抛掉。起飞后5分钟，芯级发动机关机，2级火箭点火。当飞船达到预定轨道时，火箭关机。东方1号飞船按预定程序同火箭分离，进入了一条近地点181千米、远地点327千米、倾角为65度的椭圆轨道。
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