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1907年1月12日，科罗廖夫出生在乌克兰瑞特米尔城的一个教师家庭。当他9岁时，举家迁往敖德萨。在离他家不远的地方驻扎着一支海上飞行中队，科罗廖夫经常到飞行中队去玩，这在幼小的心灵里种下了向往航空的种子。
科罗廖夫在青年时代信奉这样一句座右铭：既要造出飞行器，又要驾驶它上天飞行11923年，他参加了克里米亚航空协会的滑翔机飞行小组，翌年设计出了自己的第一架K—5滑翔机。他早年父亲去世后，家境贫寒，靠半工半读自学掌握了一些高等数学和航空学科方面的必备知识和理论基础。1924年，他进入基辅工学院的航空气动力学系深造。这个选择既是他个人的志向，也符合时代的要求，因为当时苏联国内流行一个群众性的口号：快搞出飞机来！早在1913年，在科罗廖夫度过少年时代的敖德萨就已建起一座飞机制造厂，培养了一批飞行员。正是在这样的环境里，他受到蓝天飞翔的熏陶，并立志献身航空事业。因此，他在基辅工学院的两年大学生活里，醉心于制造滑翔机，兴致勃勃地学习飞行。
1926年，科罗廖夫转学到莫斯科包曼高等技术学院。在这所著名大学里，他有幸成为飞机设计大师图波列夫的一名学生，他的聪慧和敏锐受到老师的垂青和赏识。科罗廖夫的毕业设计选择了轻型飞机这一课题，获得了优异成绩。许多年之后，图波列夫在回忆这位名望不在他之下的学生时说：“科罗廖夫是当时毕业生中的出类拔萃者。他才华出众，只要稍加指点和培养，就能有所成就。那时无论是他的个人品质，还是设计才能，都给我留下了极好的印象。”
科罗廖夫大学毕业后正式进入莫斯科中央空气动力学研究所图波列夫设计局工作，成为图波列夫心目中出色的飞机设计师。但他自己已不满足于制造在大气层中航行的飞机，他的理想是到宇宙空间去旅行。1929年，他到卡卢加聆听了航天鼻祖齐奥尔科夫斯基关于宇宙航行的一席话后，顿时就异常冲动地说：“从现在起，我的目标是冲向遥远星球！”
1930年科罗廖夫参加组建喷气推进研究小组，开始从事喷气技术应用前景的宣传和人员组织工作。1932年7月，他接替灿德尔任这个小组的负责人，转而从事实际的研究和设计。1933年这个小组与列宁格勒气动力实验室合并组建喷气推进研究所，年仅26岁的科罗廖夫任科研副所长。在科罗廖夫领导下，该研究所制定了宏伟的发展规划，包括弹道火箭和有冀巡航火箭的结构设计实验，以及研究借助火箭的载人飞行装置。他对实现太空飞行满怀信心，曾说：“搞喷气飞行器是十分困难的，但却是很有意义并可获得成功的，困难终将被克服，不过需要作很大努力才行。”他认定了火箭技术的发展方向，若干年后便胜利地扬起了宇航的风帆。
科罗廖夫在1936年前领导研制了PII—212和PII—318有翼火箭，设计了有人驾驶的火箭飞机。就在他踌躇满志向火箭研制冲刺的时候，1937年开始了肃反扩大化，他受到曾主管军事装备工作的图哈切夫斯基案的牵连，同图波列夫等人一起被押送到西伯利亚罚做苦役。这位正当而立之年的火箭设汁师悲愤地离开了自己心爱的火箭事业。
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