Для установки новых многообещающих моторов завод выделил серийный Пе-2 № 12/224. После выполненных переделок мотогондолы "пешки" заметно изменились внешне. Так, выхлопные патрубки переместились с боковых поверхностей капота на верхнюю, вместо двух симметрично расположенных всасывающих патрубков нагнетателя смонтировали один увеличенный - слева от мотора. Появились также специальные кожухи для продува пространства внутри развала моторов, где монтировались свечи, генератор ГС-1000 и другие агрегаты.
Испытания проводил заводской летчик Кондырев. Самолет с более мощными двигателями показал очень неплохие летные данные: максимальную скорость 475 км/ч у земли и 562 км/ч на высоте 6000 м при нормальной полетной массе 8300 кг. Время подъема на высоту 5000 м сократилось по сравнению с серийной машиной на 2,6 мин. В акте по испытаниям, которые закончились в феврале 1944 г., отмечалось, что данные могут быть еще улучшены. Для этого на самолете следовало реализовать комплекс мер по совершенствованию аэродинамики, предложенный ЦАГИ и осуществленный на Пе-2Б. Однако наркомат авиапромышленности уже связал свои планы с моторами М-107А. Запускать в производство сразу два новых двигателя жидкостного охлаждения было неразумно. Поэтому у Пе-2 с М-1 шансов на серию не осталось.
Предпринимались попытки кратковременно повысить мощность обычных серийных моторов М-105ПФ за счет впрыска воды во всасывающие патрубки нагнетателей. С этой целью для проведения опытов был выделен Пе-2 № 14/226. Результаты оказались не впечатляющими, поэтому самолет весной 1944 г. снова переоборудовали, но уже с другой целью. Сущность модификации заключалась в следующем:
— носок консольной части крыла до 25% хорды заменялся на профиль NACA-230;
— переделывались законцовки консолей, в связи с чем размах крыла увеличивался на 0,92 м, а площадь - на 0,848 м2;
— изменялся передний лонжерон крыла, средние части нервюр и входная часть туннелей водорадиаторов.
В результате испытаний, законченных в мае 1944 г., было установлено, что модифицированное крыло заметно улучшает летно-технические свойства "пешки", особенно на малых скоростях. Заметно улучшилось поведение самолета при посадке, он перестал валиться на крыло, уверенно летал на одном моторе.
Новый профиль консолей, плюс усовершенствованная технология отделки крыла, в совокупности "добавили" машине 100 км дальности, способствовали увеличению потолка на 500 м и уменьшению длины разбега на 40 м.
К сожалению, и это техническое решение, несмотря на положительную оценку НИИ ВВС, осталось не внедренным в серию. Причина все та же — отказ руководства наркомата авиапромышленности санкционировать переход на новое крыло, что неизбежно привело бы к смене технологического оборудования и временному снижению темпов выпуска "пешек"... А объяснять ГКО и Сталину, почему не выполняются утвержденные планы сдачи самолетов, никто из руководителей желанием не горел.
Еще в марте 1943 г. приказом НКАП № 144сс опытно-конструкторскому отделу завода № 22 было выдано задание на разработку экспериментального варианта Пе-2 с реактивной установкой, смонтированной в хвостовой части фюзеляжа. С инициативой выступила конструкторская группа заключенных (руководителем ее был В.П. Глушко, а одним из ведущих специалистов — С.П. Королев), созданная на моторном заводе № 16 под эгидой НКВД. В августе 1943 г. реактивную установку РУ-1 смонтировали на самолете Пе-2 с моторами М-105РА (заводской № 15/185), выделенном для экспериментов.
Конструкция РУ-1 предусматривала подачу компонентов топлива с помощью насоса, приводящегося в действие от левого двигателя М-105РА со специальной коробкой отбора мощности. Сами баки с керосином (горючее) и азотной кислотой (окислитель) находились в фюзеляже. Здесь же, на рабочем месте стрелка-радиста, размещался инженер-экспериментатор.
Первые полеты производились без включения РУ-1 с целью определения летных характеристик машины. Затем реактивный двигатель опробовали на земле с вполне удовлетворительными результатами. Однако в первых же "горячих" полетах, состоявшихся в начале сентября 1943 г., выявилось самопроизвольное выключение РУ-1. Проведенное расследование выявило причину: отказ свечи зажигания, выходившей из строя через несколько десятков секунд работы в полете. Двигатель отправили на завод № 16 для доработки, поэтому испытания возобновились только в январе 1944 г. Теперь свеча выдерживала до 20 запусков, в полете зажигание работало нормально до высоты 7000 м, однако устранить все дефекты не удалось. В июне при очередном пробном пуске произошел взрыв, был полностью разрушен двигатель и хвостовое оперение самолета, а инженер-экспериментатор (это был Королев) получил травмы и чудом остался жив.
После восстановления машины и изготовления нового реактивного двигателя опыты продолжались. 23 августа прогремел новый взрыв, снова пострадало хвостовое оперение, а "бутылка" ЖРД разлетелась на куски. На этот раз причиной несчастья сочли неравномерную подачу компонентов топлива. Неприятности не остановили экспериментаторов: осенью 1944 г. "огнедышащий" Пе-2 с третьим по счету хвостом снова летал. В ноябре все системы РУ-1 выдержали почти без замечаний 15 запусков в воздухе. Но интерес к ЖРД понемногу стал уменьшаться. Стало ясно, что увеличение скорости реактивной "пешки" обесценивается низкими эксплуатационными свойствами реактивной установки, работавшей на агрессивных компонентах. В начале 1945 г. работу по теме Пе-2 с РУ-1 свернули, а уже весной Глушко и Королев, освобожденные из-под стражи, но не реабилитированные, в полковничьих мундирах, но без единой орденской планки, появились в Германии, где занялись изучением немецкой ракеты V-2 и ее двигателя.
Советский "Москито"
К середине войны в развитии средних бомбардировщиков четко проявились две тенденции, направленные на повышение их боевой эффективности. Первая основывалась на стремлении усилить оборонительные свойства машин за счет бронирования, протектирования бензобаков и постановки все более мощного стрелково-пушечного вооружения. Она характерна, в частности, для немецких самолетов Хейнкель Не 111 и Юнкерс Ju 88, у которых от серии к серии росла масса бортового оружия и брони. Особенно ярко эта тенденция проявилась на американских бомбардировщиках В-25 и В-26, поздние модификации которых ощетинились 10-12 крупнокалиберными пулеметами. Нетрудно убедиться, что тенденция эта не миновала и Пе-2, начавшего свою карьеру с четырьмя пулеметами ШКАС, а к лету 1942 г. получившего пять стволов, в том числе три — калибра 12,7 мм. Установка все более мощного вооружения отрицательно сказывалась на аэродинамическом совершенстве самолета, вела к росту полетной массы и ухудшению летных данных.
Руководство ВВС Красной Армии считало, что мощь оборонительного вооружения бомбардировщиков остается важнейшим боевым свойством, которое следует всемерно поддерживать. Это подтверждали и официальные тактико-технические требования ВВС к скоростному пикирующему бомбардировщику на 1944 г. При сохранении дальности полета на уровне 1500 км, считалось необходимым значительно поднять бомбовую нагрузку (до 2500 кг) и обеспечить "возможность выполнения боевого задания группами бомбардировщиков при отсутствии истребительного прикрытия в условиях активного противодействия истребителей противника". Далее отмечалось, что высокая скорость полета, разумеется, желательна, но "...бомбардировщик все равно не сможет перегнать истребитель".