Неудачи, преследовавшие немецких инженеров при испытаниях и боевом применении реактивного снаряда «V-1», о которых Королев наслушался еще в Германии, побудили Главного конструктора более осторожно подойти к этой теме. Было решено проработать эскизные проекты двух подвариантов «Экспериментальной крылатой ракеты» («ЭКР»): одноступенчатой («КН») и составной («КС»).
Одной из главных проблем крылатой ракеты дальнего действия считалась необходимость управлять ею на протяжении всей траектории до самой цели. Коллеги по Совету главных конструкторов уверяли Королева, что такую систему на данном этапе создать невозможно. Дело в том, что обычная инерциальная система наведения в стратегической крылатой ракете не может быть применена, так как с учетом дальности стрельбы вероятное отклонение от точки прицеливания составит десятки километров. И тогда была предложена принципиально новая система наведения — с астрокоррекцией.
Суть астрокоррекции заключается в том, что специальный оптический прибор автоматически находит две определенные звезды, а затем следит за ними. Таким образом, постоянно производится замер «высоты» звезды над горизонтом и на виртуальной карте строится так называемая окружность равных высот. Пересечение таких окружностей для двух звезд дает точное положение ракеты в данный момент. Далее данные передаются автопилоту, который производит коррекцию курса ракеты, а по достижении географического места цели переводит ракету в пикирование.
Ракеты с системой астрокоррекции должны лететь на максимальной высоте, насколько позволяют возможности воздушно-реактивного двигателя. Ведь только на высоте свыше 18 км звезды видны днем также ярко, как и ночью, и система астрокоррекции может работать круглосуточно и независимо от погодных условий.
Действующий макет системы астронавигации был отлажен и готов к установке на самолет в начале 1952 года. В течение второй половины 1952 и первой половины 1953 года было совершено девять испытательных полетов самолета «Ил-12» по маршруту Москва-Даугавпилс.
Летчик должен был вести самолет так, чтобы стрелка индикатора сохраняла по возможности нулевое положение. Это означало, что самолет идет по трассе, указанной системой астрокоррекции. При выходе на цель на пульте штурмана и доске пилота загорался красный транспарант. Обязанностью штурмана было определение по земным ориентирам действительного положения самолета, благо полеты производились только в ясные ночи. Определив действительное положение по трассе полета в момент появления сигнала «цель», можно было определить погрешность, которую имеет система. Летные испытания блестяще подтвердили правильность принципиальных решений. За все время не было ни одного отказа, а ошибка навигации не превышала 7 км, что было очень хорошо для технологий сталинской эпохи.
В январе 1952 года Королев выступил на заседании Ученого совета с докладом, посвященным подведению итогов научно-исследовательских работ по теме крылатых ракет. В докладе предлагался проект двухступенчатой крылатой ракеты «ЭКР» с дальностью полета 8000 км. Первая ступень этой ракеты имела мощный жидкостный двигатель, с помощью которого должны были осуществляться вертикальный старт, разгон и набор высоты до момента разделения со второй ступенью. Вертикальный старт к тому времени был уже хорошо отработан на практике применения баллистических ракет и не требовал сложных стартовых сооружений. Вторая ступень составной ракеты была крылатой, а в качестве двигателя, который должен был работать на всем маршруте, предлагался сверхзвуковой прямоточный воздушно-реактивный Двигатель конструкции Михаила Бондарюка. Расчеты показали, что при высоте полета в 20 км может быть получена требуемая дальность при скорости, в три раза превышающей звуковую.
Успешное проведение самолетных испытаний сняло все сомнения в работоспособности системы астрокоррекции. К этому же времени были получены и обнадеживающие результаты по экспериментам Бондарюка с воздушно-реактивными двигателями. Однако конструкторский коллектив Королева уже не мог в то время вести два направления сразу, и тогда Сергей Павлович принял решение о прекращении работ у себя и передаче всего задела в Министерство авиационной промышленности. Оно было закреплено Постановлением Совета Министров № 957–409 от 20 мая 1954 года.
В мае 1954 года разработка межконтинентальной крылатой ракеты была поручена двум авиационным конструкторским бюро. Более легкий вариант (весом 60 т) делал Семен Лавочкин в ОКБ-301, а более тяжелую (весом около 152 т) делал Владимир Мясищев в ОКБ-23. Научным руководителем этих проектов назначили Мстислава Келдыша.
Крылатая ракета Лавочкина получила название «Буря» и индекс «350» («Изделие 350», «В-350», «Ла-350»), а крылатая ракета Мясищева — «Буран» и индекс «40» («М-40»), Кроме того, стартовой ступени «Бурана» присвоили индекс «41», а маршевой — «42».
Обе ракеты имели сходные конструктивные схемы. Они были двухступенчатыми. И на «Бурю», и на «Буран» предполагалось устанавливать сверхзвуковые прямоточные воздушно-реактивные двигатели конструкции ОКБ-670 Михаила Бондарюка. Жидкостные двигатели стартовой ступени «Бурана» делало ОКБ-456 Валентина Глушко, а для «Бури» — КБ химического машиностроения под руководством Алексея Исаева.
Главным конструктором крылатой ракеты «Буря» Лавочкин назначил Наума Чернякова (позднее он стал главным конструктором самолета «Т-4» в ОКБ Павла Сухого).
Эскизное проектирование «Бури» завершили уже к сентябрю 1955 году. Однако в сентябре 1956 вес боевого заряда, под который проектировалась ракета, был увеличен с 2100 до 2350 кг, что повлекло за собой изменения в конструкции и соответственно сказалось на сроках сдачи аппарата. Вес крылатой ракеты при этом значительно увеличился: стартовый вес достиг 95 т, вес маршевой ступени — 33 т.
Стартовала «Буря» вертикально с лафета затем, в соответствии с заданной программой, проходила разгонный участок траектории, на котором управлялась газовыми рулями. Затем они сбрасывались и управление переключалось на воздушные рули. После разгона, когда скорость полета достигала нужного значения, воздушно-реактивный двигатель выходил на режим полной тяги и на высоте 17,5 км производилась расцепка ускорителей с маршевой ступенью. После этого полет корректировался с помощью системы астрокоррекции типа «Земля».
«Буря» летела с постоянной скоростью выше трех звуковых, на дальность в 8000 км. При подходе к цели ракета должна была совершить противозенитный маневр, поднявшись на высоту 25 км и оттуда резко спикировав на цель. На этом режиме происходило сбрасывание головного конуса с боезарядом.
Техническая документация для «Бури» была подготовлена в 1957 году, и вскоре началось производство опытного экземпляра. Параллельно с ним на заводе № 1 в Куйбышеве была запущена серия ракет для проведения летных испытаний. Всего изготовили 19 ракет, и все они были использованы.
При огромной скорости движения в стратосфере происходит нагрев поверхностей планера до температуры свыше 200 °C, что исключает возможность применения привычного дюралюминии в конструкция фюзеляжа и крыла. Поэтому на крылатых ракетах впервые нашел применение новый для советского ракетостроения материал — титан. Этот металл, способный сохранять высокие механические свойства при значительных температурах, оказался незаменим в условиях длительного полета на больших скоростях.
Во время работы над «Бурей» в ОКБ-301 впервые в Советском Союзе была разработана и внедрена технология сварки титана, а также некоторые виды механической обработки этого материала.
Летно-конструкторские испытания ракеты «Буря» начались 31 июля 1957 года на полигоне Капустин Яр. Удалось включить стартовый двигатель, но ракета так и осталась на пусковом столе — один из ускорителей не вышел на режим номинальной тяги и автоматика заблокировала команду «старт».
Первый пуск с наземной наводимой по азимуту стартовой установки (восьмиосная железнодорожная платформа, установленная на поворотной конструкции) состоялся 1 сентября 1957 года. При старте «Буря» оторвалась от пускового устройства, двигатели ускорителей сработали нормально, но из-за неполадок сработали реле системы управления и дали ложную команду на отделение газовых рулей ускорителей. Это, естественно, привело к потере управления ракеты, и она, совершив кувырок, взорвалась вблизи от стартовой позицией.
Во втором пуске ракета взорвалась в полете на 31-й секунде, в третьем — на 63-й секунде и в четвертом — на 81 секунде полета.
Только 22 мая 1958 года в пятом пуске успешно прошла расцепка ступеней ракеты и был запушен маршевый воздушно-реактивный двигатель. Затем — вновь три неудачных пуска.
