В 1954 г. М. Р. Шура-Бура защитил диссертацию на соискание ученой степени доктора физико-математических наук. В 1955 г. за вклад в создание ядерного оружия в СССР он был удостоен Государственной премии СССР.
В середине 50-х годов отдел программирования был привлечен М. В. Келдышем к расчетам траекторий искусственных спутников Земли (ИСЗ), выполнявшихся в ИПМ отделом Д. Е. Охоцимского. Программы, разработанные сотрудниками отдела, возглавляемого Михаилом Романовичем, для ЭВМ «Стрела», а затем М-20, должны были обеспечивать круглосуточный режим обработки измерений траекторий ИСЗ. Они использовались начиная с 1957 г. при запуске первых и последующих ИСЗ, полете Ю. А. Гагарина в 1961 г. и затем в течение последующих 10 лет. Значение этой работы трудно переоценить, потому что результаты траекторных расчетов, производимых в разных организациях, иногда не совпадали, что для управления космическими полетами было недопустимо.
Затем отдел М. Р. Шуры-Буры занимался созданием системного и прикладного программного обеспечения для космического челнока «Буран». До настоящего времени М. Р. Шура-Бура руководит разработкой прикладных систем наземной диагностики сложных технических комплексов по заказу оборонных организаций.
Весьма значительным было влияние ИПМ и лично М. Р. Шуры-Буры на выбор архитектуры отечественных универсальных компьютеров. В 1955 г. на начальной стадии проекта ЭВМ первого поколения М-20 в разработке участвовали три человека: С. А. Лебедев (общие характеристики и структура машины), М. Р. Шура-Бура (система команд), П. П. Головистиков (схемотехника). Основные архитектурные решения М-20 предложил М. Р. Шура-Бура, среди них:
– представление чисел с плавающей точкой;
– трехадресный формат команды в машинном слове длиной 45 двоичных разрядов;
– система команд с автоматической модификацией адреса и индексная арифметика;
– перекрытие во времени выполнения арифметических операций с выборкой команд из памяти;
– совмещение операций процессора с операциями ввода-вывода данных (полностью реализовано, начиная с ЭВМ М-40).
Эти архитектурные решения М-20 были сохранены в ЭВМ М-220, М-222, построенных на основе полупроводниковой элементной базы. Эти машины стали "рабочими лошадками" для выполнения научных и инженерных расчетов во многих исследовательских, проектных и оборонных организациях страны.
М. Р. Шура-Бура принимал самое активное участие в создании программного обеспечения этого семейства, начиная с системы интерпретации ИС-2 и библиотеки стандартных программ для М-20, а затем операционных систем ОС 4.220 и ОС ДМ-222, компиляторов языка АЛГОЛ-60 (компилятора ТА-2) и ФОРТРАН.