Гондола шарообразной формы диаметром 2,3 м была склепана из тонких (толщиной 3 мм), выколоченных по форме шара листов дюралюминия и имела каркас из вертикальных стоек, проходящих через обшивку и склепанных с ней фланцами. К нижним ушкам стоек (под гондолой) крепилось стальное кольцо с узлами для посадочного устройства и кольцо для подвески балласта, а к верхним ушкам - кольцо для крепления 24 строп от оболочки. Внутри гондолы с каркасом был соединен горизонтальный пол для экипажа. Каркас, осуществляя связь между оболочкой и посадочным устройством, воспринимал нагрузки от веса балласта, приборов, экипажа. На обшивку гондолы эти нагрузки не передавались, она воспринимала только давление воздуха изнутри. Гондола была выкрашена в небесно-голубой цвет, на котором отблескивали красным лаком пятиконечная звезда и буквы «СССР-1».

Гондола имела девять иллюминаторов для кругового обзора диаметром 120 и 150 мм. Несмотря на значительный запас прочности стекол, выдерживавших при толщине 10-15 мм давление свыше 5 кг/см, каждый иллюминатор был снабжен аварийной заслонкой. Два входных люка диаметром 750 мм имели запорные механизмы, позволяющие закрывать и открывать их за 5-6 секунд. Крышка люка, отлитая из алюминиевого сплава, имела в центре герметичный сальник с проходящим через него валиком с внутренней и наружной ручками управления. При повороте ручки специальный зубчатый механизм с двумя передаточными валиками поворачивал кольцо у внешнего обвода крышки с шестью конусными бобышками, которые при закрывании выходили под ролики, закрепленные на кольце обшивки и прижимали при этом крышку к резиновому уплотнению в кольце обшивки. При обратном повороте ручки конуса выходили из-под роликов, крышка открывалась и на петлях откидывалась вниз.

Посадочное устройство в виде усеченной пирамиды, сплетенной из ивовых прутьев, на которой устанавливалась гондола, служило амортизатором при посадке. Работа эта была выполнена коллективом Вяземского леспромхоза, специализировавшемся на изготовлении плетеной мебели. При ударе о землю со скоростью 5-7 м/с оно должно было сломаться, поглотив силу удара. Одновременно оно выполняло роль подставки при стоянке гондолы на земле. Его размеры были достаточны, чтобы разместить внутри нее мешки с балластом.

Задача жизнеобеспечения экипажа требовала сохранения в гондоле нормального атмосферного давления, обеспечения кислородом, очистки воздуха от углекислоты и других токсичных веществ, поддержания нормальной температуры и влажности. Плотная клепка и прокраска швов, резиновые уплотнения иллюминаторов и люков, специальные сальники для выходящих наружу валов обеспечили надежную герметичность гондолы. Для теплоизоляции гондола была покрыта снаружи слоем оленьего войлока, затем тонким полотном. Наружная окраска в серый (шаровый) цвет обеспечивала умеренный нагрев гондолы лучами солнца. Все это позволило в течение всего полета иметь в гондоле нормальную температуру от +22° до +30°С при наружной температуре -67°С. Необходимый запас кислорода хранился в баллонах со сжатым кислородом и сосудах с жидким кислородом. Специальная вентиляционная установка прогоняла воздух гондолы через химические патроны, поглощающие углекислоту, другие токсичные вещества и излишнюю влагу. Для экипажа были предусмотрены откидные сидения.

Для выравнивания скорости подъема стратостат мог брать до 1 т балласта в виде мелкой свинцовой дроби в 40 мешках, подвешенных к кольцу гондолы внутри посадочного устройства. Каждый мешок удерживался на кольце штырьком, при его вытаскивании мешок освобождался, но не падал, а, будучи привязан снизу, опрокидывался, и содержимое его высыпалось, не причиняя вреда никому на земле. Вынимались штырьки тросом, наматывавшимся на барабан, вал которого проходил вовнутрь гондолы через герметичный сальник и заканчивался рукояткой. Весь балласт мог быть сброшен за 1-2 минуты. Клапан выпуска водорода, расположенный в верхней точке оболочки, управлялся аналогичным образом, т.е. барабан был вне гондолы, а штурвал - внутри. С его помощью пилоты могли начать спуск стратостата по своему усмотрению. Барабан связывался с клапаном прочным шнуром, проходившим через аппендикс вовнутрь оболочки.

Для проведения научных исследований стратосферы в гондоле и снаружи в Ленинградском физико-техническом институте было изготовлено научное оборудование. Сама гондола в результате представляла собой современную летающую обсерваторию, разделенную на восемь отсеков. В первом находилась коротковолновая радиостанция. Во втором - оптическая аппаратура: спектрограф для изучения спектра неба, приборы для измерения яркости неба под различными углами к горизонту. В третьем и четвертом - баллон с кислородом, патрон для поглощения углекислоты, инструменты для отбора проб воздуха и фотоаппаратура. В пятом - два электрометра Гесса, один из них - под 60-миллиметровым свинцовым кожухом, две камеры Вильсона и барограф. В шестом и седьмом - термометр для регистрации наружной температуры с точностью до трех десятых долей градуса, ртутный сифонный барометр и два альтиметра. Восьмой отсек был свободен - здесь находился входной люк.

На стропах вне гондолы были подвешены пятнадцать специальных приборов для взятия проб воздуха, разработанные научным сотрудником Главной физической обсерватории Гольцманом. Это - стеклянные сосуды с удлиненным горлышком, из которых был откачан воздух. По сигналу из кабины электромеханическое устройство разбивало конец горлышка, и воздух из стратосферы поступал в сосуд. При подаче тока по другой паре проводов раскалялась платиновая проволока, вновь запаивавшая горлышко с пробой воздуха. Пружинящие крепления стеклянных баллонов в решетчатых алюминиевых коробках обеспечивали их сохранность при приземлении. Кроме того, вне гондолы крепились вариометр - показатель вертикальной скорости полета, спиртовой термометр, метеорограф конструкции Молчанова и некоторые другие приборы. Так как в гондоле стратостата находилась мощная радиостанция, работающая в телеграфном и телефонном режимах, на стропах крепились так же две антенны для приемника и передатчика радиостанции.

Полёты

К началу сентября 1933 года стратостат был готов к полету. О ходе создания стратостата и в предстоящем полете много и подробно сообщалось в прессе.

Экипаж стратостата состоял из трех человек: командир — Георгий Александрович Прокофьев (командир опытно-испытательного воздухоплавательного дивизиона, размещенного в Кунцево), пилот-радист и помощник командира Эрнст Карлович Бирнбаум (УВВС), пилот-инженер Константин Дмитриевич Годунов (конструктор НИИ РП). Перед полетом все трое прошли длительную тренировку в специальной барокамере с пониженным атмосферным давлением. Тренировки проводились с участием врачей - в барокамеру входили вчетвером: два члена экипажа и двое врачей.

Первая попытка

24 сентября 1933 года была предпринята первая попытка поднять стратостат в воздух. Накануне, 23 ноября на аэродром была доставлена оболочка и 700 баллонов с водородом. В 22 часа 40 минут при свете прожекторов началось наполнение оболочки водородом при помощи трех 50-мм рукавов, постепенно купол расправился и поднялся на высоту 70 метров. Из ангара вынесли гондолу и прикрепили к стропам оболочки. В этот момент обнаружилось, что аппендикс (нижняя часть) стратостата оказался затянут узлом захлестнувшей его мокрой веревки. Вызванные пожарные помочь не смогли - их лестница оказалась коротка. Ситуация исправил одни из красноармейцев стартовой команды - Терещенко Федор Карпович. С разрешения начальника ВВС Я.И.Алксниса он поднялся по тонкой стропе на высоту восьмиэтажного дома, распутал узел и спокойно опустился на землю. Начальник ВВС тут же подарил ему свои часы. Экипаж занял места в гондоле и прозвучала команда начальника старта Гараканидзе: «На поясных дать свободу!..». Оболочка зашевелилась, гондола приподнялась над землей и снова опустилась. В ходе затянувшейся подготовки опустившийся сильный туман привел к тому, что оболочка утяжелилась на 500 кг. Затем поднялся порывистый ветер, который превратил наполненный стратостат в парус и делал предстоящий старт опасным мероприятием. Утром невозможность полета стала очевидной, к 12 часам 24 сентября старт решили отменить. Открытием разрывного клапана газ выпустили, оболочку отправили на просушивание и подготовку к следующему старту..

Первый полет

Вторая попытка была намечена на 30 сентября 1933 года. В ночь перед полетом, когда стало ясно, что погода не помешает старту, был отдан приказ наполнить оболочку. На этот раз наполнение проводилось не из баллонов со сжатым водородом, как обычно, а из газгольдеров, каждый из которых вмещал примерно 120 м³ газа при нормальном атмосферном давлении. К 6.00 наполнение оболочки закончилось. В нее влили около 3000 м³ водорода, и она наполнилась примерно на 1/8 своего объема. В 6.20 на старт вынесли гондолу, установили и прикрепили к такелажу. Комиссия по определению высоты полета запломбировала научные приборы. Около 8.00, после доклада командира стратостата Георгия Прокофьева прибывшему к месту старта начальнику ВВС командарму Я.И. Алкснису о готовности экипажа и стратостата к полету, стратонавты заняли свои места в гондоле. Первым к люку поднялся Эрнст Бирнбаум, за ним - Константин Годунов, последним - командир экипажа. Все трое были одеты в синие комбинезоны, высокие сапоги-бурки и шлемы. В сумках находились парашюты. Были выдернуты поясные веревки, продетые в особые ушки несущего пояса. Вся система в последний раз была взвешена.

Второй полет

К лету 1935 года была завершена доработка стратостата, заключавшаяся в оборудовании его гондольным (забортным) парашютом диаметром 34 м и площадью до 1000 м², разработанным военным инженером М.А. Савицким и инженером И.Л. Глушковым. Такой парашют включался в комплект стратостата впервые в мировой практике. С его помощью гондола могла в аварийной ситуации спуститься, отделившись от оболочки стратостата. На авиазаводе № 39 отремонтировали 1–й экземпляр стратосферной гондолы, затем восстановили оболочку. В печати этот полет, при котором использовались оболочка и гондола стратостата «СССР-1», был назван полетом стратостата «СССР-1 бис».

В состав экипажа стратостата, утвержденный лично Алкснисом и Ворошиловым, первоначально входили: командир - военный пилот-воздухоплаватель Кристап Янович Зилле, второй пилот - воздухоплаватель 4-го дивизиона Сорока, научный сотрудник - исследователь космических лучей профессор Александр Брониславович Вериго. В окончательном варианте экипажа воздухоплавателя Сороку сменил военный инженер Юрий Георгиевич Прилуцкий.

До подъема на стратостате Кристап Зилле и Юрий Прилуцкий в июне 1935 г. совершили два высотных полета сферическом аэростате объемом 2200 кубических метров с открытой гондолой. 16 июня они поднялись на высоту 8 500 м, а 19 июня - на высоту 10 500 м.

26 июня 1935 года стратостат поднялся в 5:25 утра из Кунцева. Командир стратостата во время первого полета комбриг Георгий Прокофьев в этом полете был начальником старта. Кроме того, именно под его руководством проходил летную подготовку Кристап Зилле. Научная программа полета включала исследование космических лучей, в том числе изучение изменения их интенсивности с высотой и выяснение характера изменения коэффициента поглощения. Подъем проходил несколько быстрее обычного, и уже через 41 минуту после старта стратостат достиг потолка - 16 100 м. Экипаж провел все необходимые замеры, и сделал снимки следов космических лучей с помощью камеры Вильсона.

Полет проходил нормально, но внезапно начался самопроизвольный спуск. После отметки 15 000 м скорость спуска резко возросла. Стало ясно, что из оболочки идет утечка водорода. На высоте 14 000 метров экипаж ощутил в кабине резкие толчки, нарушается равновесие. На высоте 7 000 метров обнаруживается деформация нижней части оболочки - местами она повреждена. После аварийного сброса балласта скорость снижения, составлявшая 9 метров в секунду, несколько уменьшилась, но все же оставалась большой - 6,5 метров в секунду. В 7:34 Юрий Прилуцкий радировал земле о прохождении зоны 6000 метров.

Так как в случае применения забортного парашюта не была исключена вероятность потери гондолы с ценной аппаратурой и результатами исследований, то Кристап Зилле отдал приказ другим участникам полета прыгать с парашютом. Люки были открыты на высоте 4000 метров. Первым на высоте 2500 м покинул гондолу профессор Александр Вериго, за ним последовал Юрий Прилуцкий. Он прыгнул с затяжкой, чтобы не задеть 150 метровый гайдроп. Кристап Зилле остался в гондоле один. Отдав балласт, он уменьшил скорость снижения. В оболочке еще оставался газ, и скорость снижения не превышала трех метров в секунду, но Зилле решил все-таки принять все меры предосторожности. Когда высота достигла 2000 м, он вылез из гондолы и встал на ступеньках внешней металлической лестницы. Гондола мягко коснулась земли, а оболочка легла по ветру. Научная аппаратура оказалась в полной исправности. Спуск стратостата произошел в 8:02 у деревни Труфаново в 20 км к юго-западу от Тулы.

Результаты

Несмотря на то, что во время полета 30 сентября 1933 года стратостат «СССР-1» на 2 313 метров превысил высоту подъема Пиккара и Козинса на стратостате FNRS-1 в августе 1932 года, этот результат не был официально зарегистрирован в качестве мирового рекорда. Вызвано это было тем, что СССР не был членом Международной авиационной федерации (Fédération Aéronautique Internationale - FAI), которая с 1905 года занималась регистрация рекордов в авиации (воздухоплавании). Только в марте 1935 года в Советском Союзе в соответствии с правилами FAI был создан свой национальный аэроклуб (Центральный аэроклуб СССР), и только 1 февраля 1936 году, после прохождения всех необходимых процедур, СССР стал полноправным членом этой международной организации.

Во время первого полета стратостата Константин Годунов выполнил измерения интенсивности космических лучей с помощью электрометров Гесса и Кольхёрстера, их зарядка осуществлялась электризованной трением о шерсть эбонитовой палочкой. Электрометр Кольхёрстера был изготовлен в Германии, а электрометр Гесса - на опытном заводе Геологоразведки в Ленинграде. Полученные результаты подтвердили данные Огюста Пиккара о космическом (внеземном) происхождения этих лучей и роли атмосферы в защите от них.

С высоты 18 000 м аэронавты привезли пробы воздуха. Анализ показал, что на этой высоте состав воздуха немного отличается от близкого к земле: в нем смешаны 78,13% азота, 20,95% кислорода и 0,92% аргона и инертных газов. Установление близости состава стратосферного воздуха к воздуху тропосферы означало в перспективе возможность использования для полета на этих высотах как двигателей внутреннего сгорания, с компрессорами, так и воздушно-реактивных двигателей. Метеорографы стратостата работали нормально. Давление измерялось ртутным барометром, температура - электрическим платиновым термометром, но из-за слабого действия вентиляции точными можно было признать лишь часть отсчетов. Этих отсчетов было достаточно для пользования при вычислении высоты подъема, но полной картины распределения температуры по высоте они не дали.

Институт актинометрии и атмосферной оптики планировал провести изучение солнечной и рассеянной радиации, а также измерение отражающей способности (альбедо) земной поверхности. Для этого специалисты института разработали два пиранометра, а также пираноальбедометр, которые предполагалось подвесить на расстоянии 75 м под гондолой. Приборы прошли испытания и были подготовлены к полету, но не были установлены в стратостате, так как первый полет был предназначен в основном для обучения экипажа. Были ли эти приборы установлены во время второго полета стратостата (под названием «СССР-1-бис»), не известно.

Рассказывая о полете стратостата «СССР-1-бис», советская пресса писала, что он «дал новые сведения о физических свойствах верхних слоев атмосферы и одновременно позволил проверить наблюдения, сделанные в предыдущих высотных экспедициях». А газета «Правда» в своей передовице так объясняла меньшую высоту подъема: «Советский Союз ведет неустанную и систематическую работу, чтобы всесторонне изучить малоизведанные воздушные просторы. Полет стратостата «СССР-1-бис» не преследовал рекордной цели. Ему была задана определенная высота, на которую он должен подняться, и указана точная программа научных наблюдений».