На проектной стадии работы шли в основном в соответствии с заданными сроками их исполнения. В июне 1959 г. ЦКБ-16 выпустило предэскизный проект, в мае следующего года — эскизный, а в декабре — технический. Росло водоизмещение лодки (от 1900 до 5200 т), но максимальная скорость оставалась на уровне 38 узлов.
Правительственным постановлением от 6 сентября 1961 г. задавались основные тактико-технические элементы пр. 661, в основном соответствующие материалам технического проекта: водоизмещение — 5300 т, полная скорость — 37—38 узлов при мощности 40000 л.с. на каждом из двух валов, дальность плавания — 35000—40000 миль при скорости 25—30 узлов, предельная глубина погружения — 400 м, автономность — 70 суток, вооружение — 10 крылатых ракет и четыре торпедных аппарата с общим боекомплектом 12 торпед. С 1959 г. на заводе №402 в Северодвинске началась подготовка к постройке корабля, которому был присвоен строительный номер 501, а в 1965 г. — тактический номер К-162.
Вслед за первым правительственным постановлением на разработку эскизного проекта было оформлено постановление от 1 апреля 1959 г., определившее проведение опытно-конструкторской работы по ракетному комплексу П-70 «Аметист». Требования к максимальной дальности увеличили до 80 км. Головным разработчиком ракеты (изделие 4К-66) и комплекса определили ОКБ-52, системы управления — ленинградский НИИ-49. Совместные летные испытания должны проводиться с борта атомохода пр. 661 в 1963 г.
Крылатая ракета «Аметист». Справа — стартовый агрегат.
Владимир Николаевич Челомей выделялся среди остальных ракетных академиков не только неизжитым со студенческих лет пристрастием к настоящей, насыщенной серьезной математикой науке, но и склонностью к смелому и массированному внедрению в свои конструкции новых технических решений, не отработанных ранее на других изделиях. В своем многотысячном коллективе он был не только довольно жестким руководителем, но и генератором идей.
Так, проектируемую ракету снабдили стартовым агрегатом, включавшим целую батарею из десятка небольших твердотопливных двигателей — по четыре для подводного хода и разгона после выхода из воды. Кроме того, сверху на два таких корпуса устанавливали еще и по совсем маленькому пороховому двигателю ПРД-73, предназначенному для сброса стартового агрегата. При этом каждый двигатель подводного хода и стартовик объединялись попарно общим цилиндрическим корпусом в так называемый «двухрежимный стартовый двигатель ПРД-71», разделяясь промежуточным днищем в форме усеченного конуса. Заряд стартового двигателя, расположенного впереди, набирался из семи цилиндрических шашек нитроглицеринового топлива с центральными каналами. Спереди шашки поджимались кольцом, сзади — решеткой. От промежуточного днища по центру двигателя подводного хода проходил газоход стартового двигателя, в просторечие именуемый «самоварной трубой», заканчивавшийся снаружи корпуса сопловым раструбом. Заряд двигателя подводного хода, также выполненный из нитроглицеринового топлива, представлял собой одну крупную шашку с очень широким цилиндрическим каналом, внутри которого и проходил упомянутый газоход. На заднем тороидальном днище располагалось относительно небольшое сопло двигателя подводного хода. Двигатель подводного хода работал 4,5 с, развивая тягу около тонны, а стартовый двигатель — 2,1 с при тяге несколько более 14 т. Стартовые двигатели с перегрузкой около 7 единиц разгоняли ракету до скорости порядка 500 км/ч.
Крылатая ракета «Аметист» в предстартовой конфигурации.
Крылатая ракета «Аметист»
Такое комплексирование двигателей подводного хода и собственно стартовиков было оригинальным и изящным конструкторским решением, уменьшающим габариты стартового агрегата и его массу. Но при жестко заданной последовательности работы этих двигателей данная схема ограничивала применимость стартового агрегата только подводным стартом. Это сужало тактические возможности подводной лодки и исключало использование «Аметиста» на надводных кораблях. Впервые на отечественных крылатых ракетах твердотопливным стал и маршевый двигатель — ПРД-72. В отличие от турбореактивного двигателя, он не требовал длительного «раскочегаривания», запускаясь за доли секунды. При дальности полета в полсотни километров его невысокие энергетические показатели оказались более или менее достаточными. А некоторая «дубовость» конструкции твердотопливных двигателей была вполне уместной с учетом мощных сжимающих нагрузок при воздействии давления на подводном участке траектории.
Но помимо экономичности к двигателю предъявлялись требования и по времени работы — не менее нескольких минут против считанных секунд, характерных для всех отечественных твердотопливных двигателей того времени. В ранее созданных двигателях цилиндрические пороховые шашки горели как снаружи, так и изнутри, со стороны центрального канала. В результате свод горения заряда даже относительно крупного двигателя измерялся сантиметрами, а полное время работы — секундами.