В октябре 1930 года на Всесоюзном слете планеристов Королёв выступил с новым планером СК-3, названным им "Красная звезда". Нагрузка на квадратный метр у него была большей, чем у "Коктебеля", - 22,5 кг. Данные планера были настолько необычными, что ставилась под сомнение возможность самого парения в воздухе. Однако именно на нем впервые в истории авиации летчик-испытатель В.А.Степанченок - опытный летчик-планерист в свободном полете совершил знаменитую петлю Нестерова.
Королев на состязаниях не присутствовал, его свалил тяжелый тиф. В результате осложнения появились сильные головные боли, потребовалась операция по трепанации черепа. Она прошла успешно, но осталась тяжелым испытанием для Сергея.
После болезни организм Королева оказался настолько ослабленным, что ему пришлось на несколько месяцев оставить работу. Но едва стало легче, Сергей с увлечением принялся читать труд Циолковского "Реактивный аэроплан".
До учебы в Киеве, в Одессе, Королев познакомился со своей будущей супругой - Ксенией Винцентини. Он старался сделать все, чтобы она стала только его девушкой: и вверх ногами вокруг нее ходил, и под баржей в море проплывал, и даже на краю крыши двухэтажного одесского морга сделал ради нее стойку на руках. Все это произвело на Ксению необходимое впечатление. Уезжая учиться на авиационное отделение Киевского политехнического института, Королев сделал ей предложение. Она ответила, что, хотя и любит его, выходить замуж не собирается до тех пор, пока не выучится, чтобы зарабатывать самостоятельно.
Он учился в Киеве, потом в МВТУ в Москве, а она в Харькове, на врача. После института Ксению распределяют работать в Донбасс. Бывая там, Королев вновь пытается добиться согласия на брак. В августе 1931 года она становится его женой, и он увозит ее в Москву. Однако верностью в браке Сергей не отличался.
Похождения мужа довели Ксению до того, что все свои чувства весной 1948 года она вылила в письме матери Королева: «Всю историю нашей любви вы знаете хорошо. Много горя еще до 38-го года (год ареста Королева) пришлось мне пережить, и, несмотря на оставшееся чувство привязанности и какой-то любви к С., я твердо решила… оставить его для продолжения им жизни под его любимым лозунгом «Дайте каждому жить, как ему хочется…» Они развелись.
Второй женой Королева стала переводчица Нина Ивановна, работавшая в его конструкторском бюро.
Дочь Сергея Королева и Ксении Винцентини - Наташа, находившаяся под влиянием матери, узнала об изменах папы в 12 лет. Трещина между дочерью и отцом осталась на всю жизнь. По свидетельству летописца космической эры Ярослава Голованова, когда Королев позже звонил ей с Байконура, чтобы поздравить с днем рождения, она бросала трубку. Он сидел и плакал.
Но пока Королева по-прежнему интересовала авиация, стремление найти средства летать выше, быстрее, дальше вплотную подвели его к мысли заняться исследованием возможностей реактивного движения. Он был согласен с Циолковским: "За эрой аэропланов винтовых должна следовать эра аэропланов реактивных, или аэропланов стратосферы".
В марте 1931 года Сергей Павлович Королев вернулся на работу в ЦАГИ, совмещая работу в Группе изучения реактивного движения (ГИРД). Она была создана в августе 1931 года при Бюро воздушной техники Центрального совета Осоавиахима (ДОСААФ) в год 75-летия со дня рождения Циолковского. ГИРД стал тем центром, куда стекались все интересующиеся ракетной техникой. Руководителем ее был назначен Цандер, сыгравший важную роль в разработке теоретических и практических вопросов космоплавания. Технический совет возглавил Королёв. Возраст сотрудников, за небольшим исключением, не превышал двадцати пяти лет. Размещался ГИРД в заброшенном подвале в доме 19 на Садово-Спасской улице.
Мысль о создании реактивных двигателей волновала в те годы многие умы и за пределами СССР. Но первый, основной толчок дал Константин Эдуардович Циолковский, именно ему принадлежит идея рождения реактивного двигателя, работающего на жидком топливе. В 20-х годах работы в этом направлении вели немецкий ученый Оберт, американский профессор Годдард и другие.
Работа гирдовцев увенчалась успехом. 17 августа 1933 года на Подмосковном полигоне Нахабино в небо умчалась первая советская ракета ГИРД-09 конструкции М.К.Тихонравова на жидком топливе. Ракета поднялась на высоту 400 метров, продолжительность полета составила 18 секунд. Но эта удача заставила гирдовцев окончательно поверить в свои силы. К сожалению, Цандер, который был душой всего дела, старт ракеты так и не увидел. Незадолго до этого 28 марта его не стало, он скончался от тифа, находясь на отдыхе в Кисловодске. Специальным постановлением ЦС Осоавиахима присвоил ГИРДу имя Ф.А.Цандера.
