Работы по радикальной модернизации М-4 проводились в соответствии с постановлением Совмина СССР №1428-642 от 6 июля 1954 г. На фирме тема получила шифр «36», а самолет – обозначение ЗМ. При выборе двигателей ставку сделали на ВД-7, взлетная тяга которых превышала 11000 кгс, а крейсерский расход топлива составлял 0,73-0,8 кг/кгс«ч (у АМ-3 – до 1,03), как у лучших зарубежных образцов. Применив эти двигатели, увеличив количество топлива на борту, установив систему дозаправки в полете, а также улучшив аэродинамику, можно было получить дальность, достаточную для достижения самой удаленной точки США. Это было очень важно, т.к. в южной части Штатов находились ядерные объекты: Лос-Аламос (шт. Нью-Мексико), Оак-Ридж (Теннеси), авиабазы SAC Кастл и Марч (Калифорния), Дайс и Карсуэллс (Техас), Берксдейл (Луизиана) и многие другие. На этих же базах были сосредоточены основные хранилища ядерных боеприпасов. Кроме того, в Калифорнии. Техасе и Флориде разворачивалось строительство ракетных пусковых комплексов и центров управления. Поставить их под удар было очень заманчиво.
Весь планер и системы бомбардировщика были перепроектированы. Действовавшие в то время нормы прочности тяжелых самолетов задавали перегрузку при маневре с максимальным весом не менее 2,5 и при полете в болтанку – 3,0. Мясищеву удалось доказать, что эти требования завышены, и перейти к более легкой конструкции. Снизить массу позволили и другие мероприятия, в частности замена резины топливных баков на полиамидную пленку. В результате массу пустой машины удалось снизить по сравнению с серийным М-4 почти на 3 т.
Специальный транспортный самолет ВМ-Т «Атлант» во время демполета с макетом груза 1ГТ
Самолет-заправщик 3MH-II. Авиабаза Энгельс, 1980 г.
Стратегический бомбардировщик ЗМД (борт 30) стал музейным экспонатом. Монино, 1989 г.
Корневая часть лонжерона самолета ЗМ
Первый прототип бомбардировщика ЗМ доставили из Филей в Жуковский разобранным по Москва-реке
Самолет получил новое крыло большего размаха, без излома по задней кромке, с уменьшенным числом аэродинамических перегородок на одну пару и новым профилем на концевых частях. Опыт эксплуатации М-4 позволил отказаться от поперечного V стабилизатора. Аэродинамическое качество машины достигло рекордного значения – 18,5 единицы. Для сравнения: этот показатель у Ту-16 был порядка 14, а у весьма совершенных по тому времени зарубежных самолетов «Вулкан» и В-47 – 17,0 и 17,25, соответственно. Превысить 19 единиц удалось только на тяжелых машинах с изменяемой стреловидностью крыла В-1В и Ту-160.
В носовой части ЗМ разместили негерметичный отсек РЛС, закрытый радиопрозрачным обтекателем. Переднюю кабину перекомпоновали, при этом рабочее место штурмана-бомбардира расположили под летчиками со смещением влево, а снизу создали фонарь. Количество членов экипажа уменьшили на одного человека.
Шасси и система управления были значительно улучшены. Усовершенствовано оборудование, в т.ч. установлен навига- ционно-бомбардировочный автомат ИБА. В связи со снятием с вооружения 6-тонных бомб реализовать грузоподъемность в 24 т стало невозможно, и ее снизили до 18 т. В грузоотсеке предусмотрели подвеску дополнительных баков одновременно с бомбами, а еще два ПТБ решили подвесить под крыло. Максимальная взлетная масса самолета превысила 200 т, при этом сохранилась длина разбега, что было обеспечено улучшением аэродинамики и увеличением тяги двигателей.
Эскизный проект самолета ЗМ и макет передней его кабины были представлены к защите в начале осени 1954 г. Опытный самолет N90201 построили в Филях с использованием агрегатов серийного М-4. Его сборка завершилась 30 октября 1955 г. Так как двигатели ВД-7 в то время находились в стадии испытаний и надежность их вызывала сомнения, полеты ЗМ решили начать, оснастив его двумя ВД-7 и двумя АМ-ЗА. Процесс наземных испытаний и отладки опытной машины занял довольно много времени. В воздух она поднялась с аэродрома ЛИИ только 27 марта 1956 г. под управлением экипажа М.Л.Галлая.
Первый полет прошел весьма драматично. Едва оторвавшись от полосы, самолет начал плавно, но неуклонно задирать нос. Прекратить это не позволила даже полная «отдача» штурвала. Еще несколько секунд, и многотонная машина свалилась бы. Тогда Галлай принял, пожалуй, единственно верное решение – убрать газ. Самолет умерил свой пыл, а остатка тяги хватило для набора высоты в 500 м. Летчик развернул машину и стал заходить на посадку, строго выдерживая скорость. Однако самолет проскочил точку касания и понесся над бетонкой. «Притереть» его удалось, только выпустив тормозные парашюты. На этом неприятности не закончились. На пробеге при интенсивном торможении отказала гидросистема, и пришлось переходить на аварийную. Огромной полосы аэродрома испытательного института хватило для благополучного завершения полета.
В июле на первом прототипе оба АМ-3 заменили на ВД-7. В октябре к испытаниям подключили второй летный ЗМ N90203 (самолет №0202 предназначался для статических испытаний). Он имел полный комплект оборудования и замки Дер5-48 для двух подкрыльевых баков емкостью по 6500 л.
ГСИ бомбардировщика ЗМ начались на самолете N90201 только в январе 1958 г., а через полгода в ГК НИИ ВВС поступила и машина №0203. Первый самолет использовался для определения летных характеристик, устойчивости и управляемости, а второй – для оценки оборудования и вооружения. Кроме этих самолетов, при проведении основной и специальных программ Госиспытаний использовались серийные машины №№0204, 0206, 0701 и 0705 (например, на 0206 испытывались катапультные кресла).
Существенно затянули сроки окончания ГСИ двигатели ВД-7 – на взлетном режиме наблюдались опасные автоколебания лопаток первых ступеней компрессора. Эту проблему решили, как говорится, в лоб. На ВД-7Б ограничили обороты, при этом максимальная тяга уменьшилась на 2000 кгс, и пришлось снижать взлетный вес за счет уменьшения запаса топлива. Прирост дальности по сравнению с М-4 составил уже не запланированные 25%, а всего лишь 15%, и главного конструктора обязали достичь необходимой дальности по мере отработки двигателя.
Во время испытаний был выявлен срыв потока на крыле, и ранее упраздненные внутренние гребни пришлось восстановить. Обнаружились и другие дефекты, потребовавшие срочного устранения. Однако в целом машина оказалась куда проще в управлении, ее конструкция и большинство систем надежнее, чем М-4, что было оценено по достоинству, и самолет посчитали пригодным для эксплуатации в ВВС. Фирменное обозначение ЗМ за ним закрепили в качестве официального.
Серийный выпуск бомбардировщика шел на заводе №23 в 1956-59 гг. По сравнению с М-4 новая «эмка» оказалась лучше отработана в технологическом плане, да и переоснащение предприятия уже завершилось, что позволило перейти от постройки одиночных самолетов к сериям. Первая включала 7 машин (№№0204- 0210), затем пошли серии по 5 самолетов.
В общей сложности в Филях построили 74 серийных ЗМ. Так как ВД-7Б выпускались в ограниченном количестве и в невысоком темпе, то с ними построили примерно половину бомбардировщиков, получивших обозначение ЗМН («Н» – новый двигатель). Остальные машины, получившие обозначение ЗМС («С» – старый двигатель), оснастили РД-ЗМ-500А(2*). Внешне самолеты почти не отличались (на ЗМС люки мотоотсеков соответствовали М-4, отсутствовали подкрыльевые держатели для ПТБ), однако при взлете верным признаком «эмок» с двигателями ВД-7Б был мощный коптящий выхлоп. Но это мало кого смущало, у добрынинских движков оказались куда более серьезные проблемы.