Главным конструктором лодки стал А. К. Назаров, которого в СКБ-143 пригласил начальник бюро и главный конструктор «Ленинского комсомола» В. И. Перегудов, курировавший работы по подводной лодке с жидкометаллической атомной энергетической установкой (АЭУ) на начальном этапе работ с 1952–1955 гг. Главным наблюдающим по К-27 была А. Н. Донченко — инженер-капитан 1 ранга, единственная женщина, занимавшая когда-либо подобную должность.
Разработка технического проекта атомной лодки К-27 завершилась в 1956 г. По своим тактико-техническим элементам АПЛ пр. 645 была близка к серийным лодкам пр. 627А. Следует отметить, она не уступала и американской атомной ПЛ «Сивульф», а по скорости хода и глубине погружения превосходила ее.
Тактико-технические элементы Опытная атомная ПЛ К-27, СССР, 1963 г. Атомная ПЛ «Сивульф», США, 1957 г. Длина наибольшая, м 109,8 103,2 Ширина наибольшая, м 8,3 9,1 Осадка средняя, м 5,83 6,5 Водоизмещение, м3: - нормальное 3414 3475 - полное надводное 5074 4700 Запас плавучести, % 26 18 Рабочая глубина погружения, м 300 210 Скорость хода, уз.: - надводного 15 20 - полного подводного 22[1] 29 Энергетическая установка Тип BT 3-2G Теплоноситель сплав Pb-Bi Na Мощность на валу, л.с. 2×17500 2×7500 Автономность, сут. 50 60 Экипаж, чел. 105 105 Вооружение Торпедные аппараты калибра 533 мм, ед. 8 6 Боекомплект торпед калибра 533 мм, ед. 20 24В течение следующего 1957 г. ОКБ-143 разработало рабочие чертежи ПЛ, а в 1958 г. выпустило техническую документацию по проекту (кораблестроительные расчеты, инструкции по эксплуатации и т. д.), что позволило в сентябре 1957 г. приступить к строительству корабля на заводе № 402 в том же цехе № 42, что и ПЛ проектов 627 и 627А. Главным строителем корабля был А. А. Овчинников.
Официальная церемония закладки будущей К-27 состоялась 15 июня 1958 г. Первоначально намечалось сдать ПЛ флоту уже в конце 1960 года, но из-за технических причин сроки срывались. Задерживались поставки ряда механизмов, которые дорабатывали по ходу строительства лодки. Они поступали с опозданием на 6–10 месяцев.
Поставка оборудования атомной энергетической установки была завершена лишь в начале 1962 г. В результате, официальный спуск на воду опытовой атомной лодки К-27 состоялся лишь 1 апреля 1962 г.
Надо отметить, что энергоустановке с ЖМТ, из-за которой сроки строительства корабля переносились, были присущи и недостатки:
• жидкометаллический теплоноситель (сплав «свинец-висмут») плохо переносит контакт с водой. Он подвержен окислению с образованием твердых окислов, которые в процессе работы атомного реактора могут уменьшить расход сплава через каналы реактора или закупорить их вообще. Последнее обстоятельство может привести к повышению температуры стенки оболочки ТВЭлов до критического значения и их разгерметизации (разрушению); частицы радиоактивного топлива в этом случае попадут в 1 контур, повысив радиоактивность сплава выше предельных значений. Этот недостаток реактора с ЖМТ потребовал от конструкторов создать в составе энергоустановки систему герметизации 1 контура с помощью инертного газа, а также предусмотреть в процессе эксплуатации, систему регенерации сплава для очистки его от твердых окислов. Кроме того, перегрузочное устройство реактора по этой причине стало представлять из себя дорогостоящее и сложное инженерное сооружение;
• большой вес сплава и его относительно высокая стоимость по сравнению с бидистиллятом в водо-водяных реакторах;
• первый контур должен быть постоянно разогретым для поддержания сплава в жидком состоянии. Этим усложняется обслуживание энергоустановки при нахождении корабля в базе. Необходимо постоянно держать атомный реактор в действии на небольшой мощности или же иметь береговое обеспечение, способное подавать на корабль водяной пар для обогрева трубопроводов и теплообменных аппаратов 1 контура. Все это усложняет конструкцию реакторной установки, удорожает береговое обеспечение и затрудняет обслуживание и базирование ПЛА в необорудованных гаванях, что особенно сказывается в военное время.
Вместе с тем, несмотря на неудачный опыт американских ученых, в СССР не прекратили работы по созданию атомных лодок с реакторами на жидкометаллической теплоносителе.