Руководство страны 11 марта 1954 г. поставило перед промышленностью задачу создания для Военно-Воздушных сил системы К-20 («Комета-20») — «системы реактивного вооружения «воздух-земля» для поражения наземных целей беспилотным управляемым самолетом-снарядом, выпускаемым с самолета-носителя». В состав системы К-20 должны были войти самолет-носитель Ту-95К и самолет-снаряд Х-20. Дальность системы была задана величиной 6800—7000 км. Она определялась возможностями носителя — радиусом действия 6500—6700 км и заданной дальностью пуска ракеты — не менее 600 км, что худо-бедно обеспечивало досягаемость наиболее населенных и промышленно развитых северных районов США при действии Дальней авиации с советских приполярных аэродромов. Исходя из уже определившихся возможностей Ту-95 устанавливались скорость носителя 700—750 км/ час, потолок с подвешенным самолетом-снарядом 11,5...12 км, а после его сброса —12...15 км.

Для ракеты Х-20 необходимо было обеспечить скорость 1700...2000 км/ч при высоте полета 13...15 км. Стартовый вес не должен был превышать 12...12,3 т, из которых 3,5 т составлял вес боевой части и не более 250 кг — аппаратуры управления.

В качестве разработчиков самолета-снаряда и системы управления Правительство определило КБ Минавиапрома под руководством А.И. Микояна и КБ-1, к тому времени отошедшее из ликвидированного Третьего главного управления Совета Министров в так называемый Главспецмаш Министерства среднего машиностроения. Эта кооперация очень успешно зарекомендовала себя при создании системы вооружения с самолетом-снарядом КС («Комета»). Вместо Сергея Лаврентьевича Берия, в 1953 г. отстраненного от работ по причинам, абсолютно не связанным с техникой, создание системы управления возглавил один из ведущих разработчиков «Кометы» Виталий Михайлович Шабанов. Михаил Иосифович Гуревич продолжал вести беспилотную тематику в микояновском коллективе.

Перед разработчиками системы управления была поставлена задача обеспечения точности попадания ракеты 3...4 км. В то же время нельзя было ожидать, что после многочасового полета над малоинформативной поверхностью океана навигационные средства Ту-95К обеспечат определение координат носителя с точностью лучшей, чем 10...15 км. Разрешение этого противоречия виделось в реализации следующей схемы боевого применения, получившей условное название «Навигация».

В соответствии с проектом, пуск самолета-снаряда (команда К-1) должен был производиться на удалении до 800 км от цели с высоты 9...12 км. После отделения самолет-снаряд просаживался вниз на 300—400 м, а затем начинал набор высоты, проходя впереди носителя.

Через три-четыре минуты по команде К-2 начинался участок радиоуправляемого полета. Самолет-снаряд наводился в горизонтальной плоскости бортовой аппаратурой ЯР по командам, поступавшим по радиоканалу от самолетной аппаратуры ЯД. Слежение за самолетом-снарядом с работающим передатчиком аппаратуры ЯР осуществлялось по методу равносигнальной зоны при коническом сканировании луча РЛС, входящей в самолетную аппаратуру ЯД. Вначале самолет-снаряд велся в первоначальном заданном направлении, определенном в соответствии с весьма неточными навигационными данными носителя. Через 6...7 мин после отделения при наборе высоты 15 км самолет-снаряд переводился в горизонтальный полет, и далее высота поддерживалась постоянной в соответствии с данными бародатчика.

РЛС носителя обнаруживала цель на удалении около 450 км. При этом осуществлялось уточнение положения как самолета, так и самолета-снаряда относительно цели. Участок радиоуправления заканчивался по команде К-3 при приближении самолета-снаряда к цели на 70 км. Носитель, летящий со скоростью почти в три раза меньшей, чем самолет-снаряд, к этому моменту не подходил к цели ближе 360—270 км. После этого носитель отворачивал с курса на цель, а самолет-снаряд продолжал автономный полет, входя в зону, наиболее насыщенную средствами ПВО и радиопротиводействия. По истечению заданного времени от выдачи команды К-3 аппаратура самолета-снаряда обеспечивала отключение форсажа и переход в пикирование на цель под углом 60° к горизонту. Подрыв боевой части производился на заданной высоте или по срабатыванию контактных датчиков при ударе о поверхность Земли.

Истребитель МиГ-19 (СМ-20) на подвеске под фюзеляжем Ту-95К №1. Справа — СМ-20 в момент отцепки от носителя

Кроме того, предусматривалось и функционирование системы в режиме «Радиолокация», при котором пуск самолета-снаряда проводился только после радиолокационного обнаружения цели. Однако в этом случае носителю приходилось сближаться с целью на меньшее расстояние.

Первая «Комета» — самолет-снаряд КС, представляла собой уменьшенный МиГ-15. Аналогично за основу для разработки Х-20 также был взят один из пилотируемых самолетов, разработанный микояновским КБ - МиГ-19, уже внедряемый в то время в серийное производство.

Помимо самоочевидного отсутствия кабины летчика, вместо которой устанавливалась боевая часть, основным внешним отличием был новый киль угловатых очертаний. При уменьшении площади киля и его смещении от хвоста к носовой части достаточная путевая устойчивость обеспечивалась за счет утяжеления передней части фюзеляжа при размещении массивного боевого заряда и отсутствия фонаря, представлявшего своего рода вертикальный дестабилизатор пилотируемого самолета.