Выход напрашивался сам собой - установить РЛС на многоместный самолет. По предложению летчика-испытателя НИИ ВВС С.П.Супруна для этой цели решили использовать Пе-2. Задумывавшийся как высотный перехватчик и сохранивший хорошие ЛТХ, этот самолет был фактически единственной серийно выпускаемой машиной, подходившей для использования в качестве тяжелого истребителя.
Вначале 1941 г. в НИИ радиопромышленности для отработки конструктивных решений построили действующий макет станции, получившей название «Гнейс-1». Вскоре при экспериментах израсходовали весь запас генераторных ламп-клистронов сантиметрового диапазона - «сердца» будущей РЛС. Заказать новые оказалось негде: началась война, и разработавший лампы НИИ-9 эвакуировался на восток. Его оборудование и специалисты были разбросаны по разным заводам, и в итоге институт фактически прекратил существование. Сам НИИ радиопромышленности вывезли в Свердловск, где заново пришлось создавать лабораторную и испытательную базу.
Новый комплект аппаратуры создавали на лампах метрового диапазона, освоенных в серийном производстве. Создание этого варианта станции, названной «Гнейс-2», возглавил В.В. Тихомиров. Устройство индикации цели на основе электронно-лучевой трубки, позволявшее наглядно определить расстояние до цели и ее положение в пространстве, разрабатывали А.Б.Слепушкин и Р.С.Буданов. От НИИ ВВС работы курировал военный инженер Е.С.Штейн.
Для ускорения работы изготовление аппаратуры вели, не дожидаясь полного выпуска документации. Монтаж производили по эскизным наброскам и принципиальной схеме, на ходу внося изменения и избавляясь от дефектов. К концу 1941 г. первый летный образец «Гнейс-2», работавший на волне 1,5 м с мощностью излучения 10 кВт, был собран.
В январе 1942 г. станцию установили на Пе-2. Часть блоков «Гнейса» смонтировали в кабине стрелка-радиста, а органы управления и индикатор разместили в кабине штурмана, где теперь сидел оператор радиолокатора. Самолет стал двухместным. Вскоре на аэродроме под Свердловском, куда перебазировался НИИ ВВС, начались испытания, в которых параллельно с оценкой работоспособности РЛС отрабатывались методика и тактика боевого применения радиолокационного истребителя. Пе-2 пилотировал майор А.Н.Доброславский. С «Гнейсом» работали сами ведущие инженеры В.В.Тихомиров и Е С.Штейн. В качестве цели использовался самолет СБ.
В первых же полетах выяснилось, что «Гнейс» имеет большую «мертвую зону» вблизи самолета, в которой отраженные от цели сигналы подавляются собственными помехами передатчика. Обнаружилась и еще одна особенность станции: для увеличения обзора антенное устройство имело очень широкую диаграмму направленности. В связи с этим при полете на малых высотах обзорный экран полностью «забивался» отраженными от земли сигналами. Если же самолет набирал высоту, то его РЛС не обнаруживала цели на фоне земли. Минимальная высота, на которой исчезали проблемы, связанные с отражением от земли, оказалась порядка 2000 м.
Другим недостатком антенны, не имевшей сканирования, была широкая «зона безразличия», в которой цель в конусе 15-17% от оси самолета оставалась невидимой. После многочисленных экспериментов проблему удалось решить, разнеся антенны по крылу. Две из них, установленные вертикально («зенитные»), служили для определения высоты цели, а пара наклонных - для определения ее азимута.
Доводка оборудования проводилась круглосуточно прямо на аэродроме. Устранялись отказы, опробовались антенны разных типов, вносились изменения в конструкцию РЛС, позволившие сократить «мертвую зону» до 300 м и повысить надежность станции. Работа шла под неусыпным вниманием руководства страны. В мае 1942 г. отдел авиапромышленности ЦК ВКП(б) предложил всемерно форсировать испытания и представить отчет о состоянии работ по «Гнейс-2». Такая «просьба» была равнозначна приказу, и уже в июле 1942 г. программу госиспытаний завершили. Основные результаты оказались по тем временам неплохими:
- дальность обнаружения самолета-бомбардировщика - 3500 м;
- точность выхода на цель - 5 градусов;
- минимальная высота полета при поиске противника - 2000 м. Итоги испытаний были признаны успешными, хотя РЛС и нуждалась в совершенствовании: из 25 выполненных полетов в пяти аппаратура «Гнейс-2» отказывала…