Одной из первых частей, получивших на вооружение Пе-3, стал 95-й скоростной бомбардировочный авиаполк (СБАП), прежде оснащенный Пе-2. Неплохо освоившие «пешку» пилоты и штурманы легко приспособились к особенностям истребительного варианта (вскоре и сам полк сменил наименование, стае единственной истребительной авиачастью, вооруженной Пе-3). Однако описанные выше недостатки конструкции самолета вызвали у экипажей недоумение и даже протест. Отсутствие бронирования спереди означало полную незащищенность экипажа от оборонительного огня противника. В докладе командира 95-го СБАП полковника С.Пестова отмечалось, что если броню не установить, то «полка не хватит и на две атаки». Такую же точку зрения отстаивал и командир эскадрильи капитан А.Жатьков, направивший письмо прямо секретарю ЦК ВКП(б) Маленкову.
«Являясь командиром авиационной эскадрильи, я хочу посвятить Вас в вопросы недоброкачественности самолетов, поступающих на вооружение ВВС-, – начиналось письмо. Далее Жатьков перечислил большую часть недостатков Пе-3, которые ранее отмечались в отчете по испытаниям НИИ ВВС. По мнению летчика, помимо брони, на истребитель следовало срочно установить пушку L1IBAK и заменить верхнюю установку штурмана со ШКАСом на турель с крупнокалиберным пулеметом БТ. Свой «крик души» Жатьков закончил словами: «Летчики наши готовы воевать на любой машине, в том числе и на этой, но нам слишком дороги сейчас люди и машины, и за малую кровь противника нет смысла жертвовать». У Жатькова еще были свежи воспоминания о встрече с «мессерами», зажавшими его «пешку» и полосовавшими ее очередями Видя безвыходность положения, летчик приготовился прыгать и сбросил крышку фонаря – она-то и спасла его, попав точно в винт немецкого истребителя. Остальные, шарахнувшись в стороны, разжали - клещи», позволив Пе-3 вырваться.
Письмо Жатькова послужило мощным стимулом для ускоренной модернизации Пе-3, поскольку Маленков потребовал от командования ВВС срочно разобраться в ситуации и доложить. Кроме того, КБ завода №39 получило целый набор претензий от пилотов 40-го СБАП, также приступившего к перевооружению на этот самолет Недостатки следовало устранять, и устранять срочно. Работы по созданию модифицированного варианта стали основным заданием для всего КБ в сентябре 1941 г. В результате появился опытный усовершенствованный самолет Пе-3бис (первый с таким названием) зав. номер 392207, испытанный в НИИ ВВС А.Хрилковым в сентябре – октябре. В ходе испытаний самолет совершил 40 полетов.
Опытный Пе-3бис отличался от серийного Пе-3 следующим: взамен пулеметов БК в носовой части фюзеляжа, полностью лишенной остекления, установили два пулемета УБК[1] (по 250 патронов на ствол) и пушку ШВАК с боезапасом 250 патронов; вместо верхней турельной установки штурмана ТСС-1 с пулеметом ШКАС смонтировали подвижную установку с пулеметом УБТ и боекомплектом 180 патронов во вращающейся башне: консоли крыла оснастили автоматическими предкрылками; уменьшили длину фонаря кабины пилота, а также переместили вперед почти на полметра противокапотажную раму; систему заполнения бензобаков азотом заменили на так называемую «систему нейтрального газа» (охлажденных выхлопных газов моторов); смонтировали противопрожек- торные шторки на все стекла кабины.
Полетная масса истребителя увеличилась до 8040 кг (на 180 кг больше, чем у Пе-3), скорость на границе высотности уменьшилась до 530 км/ч, но зато возросла скорость у земли до 448 км/ч. Автоматические предкрылки несколько упростили технику пилотирования, особенно на посадке (обычная «пешка», унаследовавшая от предшественника ВИ-100 скоростной профиль крыла B-BS, была склонна к сваливанию при выравнивании).
Несмотря на неоднократные требования военных, завод №39 из-за неритмичных поставок комплектующих оказался не в состоянии установить на Пе-3бис радиополукомпас РПК-10. Неожиданным последствием установки пушки ШВАК оказалась большая остаточная девиация магнитного компаса А-4, достигавшая двух десятков градусов. Эти обстоятельства в совокупности с уменьшением остекления кабины привели к ухудшению условий ориентирования,сильно затруднили полеты на большую дальность, да и вообще над незнакомой местностью. Для Пе-3бис были характерны и другие дефекты, доставшиеся в наследство от базового бомбардировщика и связанные, главным образом, с силовой установкой.
После окончания испытаний опытного Пе-3бис некоторые изменения стали реа- лизовывать на серийных самолетах Отдельные машины дорабатывались в частях силами выездных заводских бригад и специалистов ИАС. На самолеты устанавливали пушки ШВАК, заменяли пулеметы ШКАС верхней стрелковой точки на крупнокалиберные УБТ (при этом стандартная «черепаха» – задняя подвижная часть фонаря – демонтировалась, но вращающаяся башня-экран еще не применялась), размещали в хвостовой части фюзеляжа держатель авиационных гранат ДАГ-10. Многие Пе-3 получили ракетное вооружение: четыре пусковых установки РО-82, а некоторые – еще и пару РО-132.
Стремление улучшить боевые и эксплуатационные качества самолета привело к созданию второго варианта Пе-3бис, который и стал серийным. Работа производилась в Иркутске в конце 1941 – начале
1942 гг. В серию Пе-3бис запустили в апреле 1942г. (в том же месяце из деталей, привезенных из Москвы, собрали еще 11 Пе-3, доведя их общее количество до 207 единиц), а на испытания а НИИ ВВС опытный самолет второго варианта (зав. номер 40143900) попал только в конце мая. Контрольные полеты проводил летчик М. Нюхтиков.
Отличия машины от первого варианта Пе-3бис заключались в следующем, пулеметы УБК изъяли из носовой части фюзеляжа и разместили под центропланом на месте прежнего бомбоотсека Пе-2. Оба УБК закрепили на общей раме, закрытой легким открывающимся вбок люком. Передняя часть рамы имела цапфы, относительно которых могла поворачиваться при обслуживании пулеметов При освобождении задних узлов крепления пулеметы вместе с патронными ящиками опускались казенной частью вниз, что существенно упрощало процесс подготовки вооружения. Боекомплект правого пулемета состоял из 230, а левого – из 265 патронов; вместо турели, разработанной для первого опытного Пе-3бис заводом №39, у штурмана смонтировали серийную установку конструкции завода №22 (так называемую «установку Топорова», она же ВУБ-1, она же Б-270, в литературе, в том числе и у многоуважаемого В .Б.Шаврова, ошибочно именуемая «ФТ»), Питание пулемета УБК (на турели устанавливался именно крыльевой, с механизмом пневмоперезарядки, а не турельный вариант пулемета) было ленточным, боекомплект состоял из 200 патронов.
В кабине экипажа в качестве вынужденной меры для улучшения условий работы штурмана в полете сняли противокапотажную раму Усилили бронирование: спереди летчика прикрыли отдельными бронеплигами толщиной от 4 до 6,5 мм, бронеспинку сиденья пилота выполнили из стали толщиной 13 мм, забронировали нижний люк кабины экипажа для защиты от случайного выстрела из УБК в момент посадки в самолет. При этом общая масса брони возросла до 148 кг. От остекления в носовой части фюзеляжа оставили лишь небольшой смотровой люк перед штурманом для осуществления прицеливания при бомбометании с горизонтального полета и по паре небольших трапециевидных окон по бортам. Перенос оружия в центроплан потребовал уменьшения емкости фюзеляжного бензобака №7 на 100 л Для изоляции бака и предохранения его от нагрева ввели асбестовую перегородку, которая одновременно служила экраном,предохранявшим пулеметы от подтекания на них бензина. Для повышения путевой устойчивости (только на опытном самолете) площадь килей увеличили на 15%. Установили противообледенительную систему на винты и лобовое стекло фонаря.
