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Serguei Pavlovich Korolev nació el 12 de enero de 1907 (30 de diciembre de 1906 de acuerdo con el calendario juliano, utilizado en Rusia hasta 1918) en la ciudad de Zhitomir, en la familia del profesor de idioma ruso y Filología, Pavel Yakovlevich Korolev, y de María Nikolaevna. Después de cierto tiempo la familia se trasladó a Kiev, posteriormente a Nezhin y luego otra vez a Kiev, donde en 1915 asistió a la escuela.
De 1917 a 1924 vivió en Odesa. Aquí estudió en una escuela especializada en construcción, porque ya era aficionado a los vuelos en aeroplano.
En 1924 se inició el verdadero período de estudiante en la vida de Serguei Korolev, con su ingreso al Instituto Politécnico de Kiev (IPK).
En 1926 Serguei Pavlovich se trasladó al Colegio Superior Técnico de Moscú (CSTM) y en noviembre viajó a esta ciudad. Se dedicó simultáneamente a los estudios en el CSTM, a las actividades de la escuela de planeo y al trabajo de constructor en fábricas moscovitas de aviación. A finales de 1929 Serguei Pavlovich sustentó su proyecto de tesis Avión ligero de motor para dos personas CK-4, y en febrero de 1930 recibió el certificado de egreso del CSTM.
En mayo de 1932 Serguei Pavlovich Korolev se convirtió en director del Grupo Moscovita para el Estudio del Movimiento Reactivo (mosGEMR), creado en otoño de 1931 bajo la égida del Consejo Central de la empresa constructora Osoaviajim (el primer director de mosGEMR fue Friedrich Arturovich Tsander). Para esa época la idea de que se puede viajar no solamente en planeadores y aviones, y no únicamente en los límites de la atmósfera, había cautivado completamente a Korolev.
A mediados de 1938 se inició una de las etapas más dramáticas de la vida de Serguei Pavlovich Korolev: en junio fue arrestado, y en septiembre condenado a prisión por 10 años. Durante algunos años Korolev estuvo encarcelado en Moscú, Novocherkassk (región de Rostov) y en las explotaciones auríferas de la región de Magadan.
Gracias a las solicitudes presentadas por Serguei Pavlovich, su madre y también por Mijaíl Mijailovich Gromov y Valentina Stepanovna Grizodubova se reinició la investigación de su caso a finales de 1940. Entonces Korolev se encontraba en el Buró Técnico Especial (TKB-29) del Comisariato Popular de Asuntos del Interior (CPAI) de la URSS.
En 1957 Korolev fue rehabilitado completamente.
