1957年10月31日 ， 莱卡被固定在金属的卫星里面 ， 身上还接着许多设备和仪器 ， 来监测和报告莱卡的生理指标 ， 比如：呼吸、心跳和血压 。 同时 ， 舱内还安装了二氧化碳回收装置、氧气发生装置和一台电风扇 ， 只要温度超过15℃ ， 电风扇就会自动启动 。 此时距离发射还有三天时间 ， 在接下来的三天里 ， 莱卡继续训练 ， 同时地面工作人员也在持续关注着它的状态 。
1957年11月3日 ， 在拜科努尔发射场 ， R-7火箭搭载着斯普特尼克2号发射升空 。 在整个发射过程中 ， 莱卡都承受着巨大的痛苦 ， 发射之前 ， 她的心跳是每分钟103下 ， 加速段的前期心跳增加到每分钟240下 ， 而当加速度达到最大值时 ， 呼吸频率更是达到了发射之前的3~4倍 。 然而这还不是对莱卡最大的考验 ， 当进入轨道后 ， 斯普特尼克2号的鼻锥成功脱离；可万万没想到 ， 火箭芯级未能分离 ， 结果就是热控系统无法工作 ， 舱内温度升高到40℃ 。 在失重3小时后 ， 莱卡的心跳才恢复正常 ， 这相对于她在地面的训练而言 ， 已经长了3倍的时间 。 初期的遥测数据显示 ， 莱卡虽然焦躁不安 ， 但依然还能进食 ， 但是在5~7小时之后 ， 莱卡彻底地失去了生命迹象 。
关于莱卡的死因 ， 当时官方的说法是：安乐死 。 但多年以来 ， 一直都存在着争议 。 1999年 ， 俄罗斯公布的一些资料显示 ， 莱卡应该是在环绕地球第四圈的时候 ， 由于舱内温度过高 ， 而中暑身亡 。 这个说法 ， 后来也得到了当时负责此项目的一位科学家狄米特里·马拉申科夫的证实 。
莱卡牺牲后 ， 斯普特尼克2号卫星在轨道上飞行了162天 ， 随后解体坠入大气层 。 莱卡的遗体也随着斯普特尼克2号在大气层中烧毁殆尽 。
莱卡的死也让当时苏联的火箭负责人科罗廖夫十分痛心 ， 他决定让团队开始研究返回技术 ， 不希望再重蹈覆辙 。 后来 ， 有2只小狗使用上了这项返回技术 ， 并且成功完成了任务 ， 活着返回地球 。
作为普通的流浪狗 ， 莱卡可能永远无法理解自己的事迹 ， 它也不懂得自己的牺牲对于人类航天事业的意义 。 但人类没有忘记它的牺牲 ， 为了纪念莱卡 ， 不仅为她建立了纪念碑 ， 发行了邮票 ， 还创作了歌曲 ， 只是她再也不可能回来了 。
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