Еще осенью 1942 г., наряду с установке двигателей М-82, конструкторскому бюро Незваля было рекомендовано заняться улучшением аэродинамики самолета, Предлагалось, в частности, заменить носовую башню НЭБ со спаркой пулеметов ШКАС на более обтекаемую установку под крупнокалиберный пулемет Березина. Подобные установки уже применялись на Ер-2.
В результате вся носовая часть Пе-8 была полностью переконструирована. Cepийные самолеты с 1943 г. стали выпускать с аэродинамически облагороженным носом, что привело к некоторому увеличению дальности полета и максимальной скорости. Пулемет УБТ калибром 12,7 мм установили в центре прозрачной полусферы, в так называемом «яблочном» шарнире. Установка получилась компактная, легкая, xopoшо управлялась стрелком, имела большие углы обстрела. Особенно нравилось то, что теперь внутри самолета стало комфортнее исчез раздражавший пилотов сквозняк. Одновременно изменилась внутренняя компоновка кабины штурмана. Учитывая, что большинство боевых вылетов выполнялось в ночное время, в кабине установили ночной коллиматорный прицел НКПБ-4. Бомбовый синхронный прицел ПС-1 заменили сначала на оптический прицел ОПБ-2М позднее на ОПБ-1Р. (Недостатки отечечественных прицелов были известны, в действующей армии это иногда приводило к тому, что устанавливали немецкие и американские прицелы с разбитых самолетов). Наряду с вышеперечисленным, ОКБ провело множество доработок по улучшению условий работы экипажа в длительных боевых вылетах.
Ротативно-рассеивающие авиабомбы
Пе-8, доставивший делегацию СССР во главе с В.М. Молотовым в США. Вашингтон, май 1942 г.
Отдельной страницей в истории Пе-8 стало их использование как носителей 5-тонных авиабомб. Решение о создании этих сверхмощных боеприпасов было принято ГКО в конце 1942 г. Одновременно ОКБ Незваля получило задание на разработку подвески для ФАБ-5000 на Пе-8. Эта авиационная бомба имела точную массу 5080 кг, диаметр 1000 мм, длина ее соответствовала длине бомбоотсека Пе-8. Для доставки такого груза на самолете усилили узлы центроплана, разработали гидравлическую систему подъема пятитонки, установили 2 замка грузоподъемностью по 2,5 т. Для проверки всей системы на авиазаводе № 22 изготовили макет в виде бочки, начинив ее землей и металлическими обрезками. Предварительно на земле неоднократно испытали элементы подвески и систему фиксации створок бомболюка, которые при установке супербомбы до конца не закрывались. После этого доработанный Пе-8 с тяжелым грузом летчики Водопьянов и Говоров подняли в воздух. Благополучный сброс произвели с высоты 3000 м на заболоченном участке в устье Камы.
В начале 1943 г. несколько наиболее надежных машин оборудовали для подъема ФАБ-5000. Первый боевой вылет с новым сверхоружием состоялся в ночь на 29 апреля 1943 г. Пе-8 № 42029, оснащенный дизелями М-30, сбросил пятитонку на Кенигсберг. В конце мая две ФАБ-5000 были сброшены на немецкие войска в районе Могилева, 4 июня одна такая бомба разнесла железнодорожные пути на станции Орел. В июле бомбардировке вновь подвергся Орел, а затем немецкие войска на Курской дуге. Всего до весны 1944 г. в боевых действиях использовали 13 пятитонных бомб. Они имели высокий поражающий эффект, однако транспортировка таких бомб на Пе-8 оказалась вовсе не рядовым явлением. Для повышения боевых качеств бомбардировщика требовалась его кардинальная модернизация.
Такие работы начались в конструкторском бюро Незваля во второй половине 1943 г. Предполагалось улучшить аэродинамику самолета, усилить его конструкцию и вооружение. Зимой 1943-44 гг. был подготовлен эскизный проект самолета, получившего заводское обозначение «Т». Машина имела новую компоновку кабины экипажа с размещением двух пилотов рядом. Бомбоотсек увеличенного объема позволял свободно загружать одну ФАБ-5000 или две ФАБ-2000. В качестве силовой установки предполагалось использовать двигатели АШ-82ФН с турбокомпрессорами ТК-3 или дизели М-31 (развитие М-30). В последнем варианте при взлетной массе 37,5 т новый Пе-8 мог доставить груз в 1 т на 7500 км.
В начале 1944 г. проект «Т» несколько раз корректировали и на первом этапе получили его одобрение в Наркомате авиапромышленности. На авиазаводе в Казани стали готовить оснастку для производства модернизированного Пе-8. Однако до реализации проекта дело не дошло. 5 марта 1944 г. ГКО издал постановление о прекращении выпуска Пе-8.
Среди причин отказа от создания коренной модификации Пе-8 стало принятое в середине 1943 г. решение строить значительно более мощный четырехмоторный бомбардировщик. 7 сентября 1943 г. КБ, возглавляемое А.Н. Туполевым, получило задание на разработку эскизного проекта самолета, способного перевозить на внутренней подвеске две 5-тонные бомбы. По взлетной массе он превышал Пе-8 более чем в 2 раза, должен был развивать на высоте 10 км максимальную скорость 500 км/ч и обладать дальностью полета не менее 5000 км. Проект под обозначением «самолет 64» разрабатывали до середины 1945 г., когда задачу решили упростить, скопировав американский В-29.
Во второй половине весны 1942 г. для обмена мнениями по вопросу открытия второго фронта правительство СССР решило направить в США делегацию во главе с В.М. Молотовым. Проделать рискованный путь решили на Пе-8 по маршруту, пролегавшему через Великобританию. Для проверки возможности перелета в конце апреля 1942 г. самолет под управлением командира корабля Асямова прошел по маршруту Мос- ква-Данди. В целом полет прошел нормально. Уже по прибытии на Туманный Альбион при перелете на английском транспортном самолете «Фламинго» с одного аэродрома на другой произошла катастрофа, во время которой Сергей Асямов погиб. Обратно в Москву Пе-8 привел м-р Эндель Пусэп.
Для перелета в США выбрали хорошо проверенную машину № 42066 с двигателями АМ-35А. Доработки свелись к установке в центральном отсеке пассажирских сидений. Пассажиров, а среди них были и женщины, облачили в меховые комбинезоны и снабдили кислородными приборами. В ночь на 19 мая 1942 г. самолет, который пилотировали командир корабля Пусэп и второй пилот Владимир Обухов, вылетел из Москвы. По пути следования температура за бортом доходила до -40 'С, в импровизированном пассажирском салоне было так же холодно. Перелет проходил с посадками на аэродроме Тилинг в Шотландии, в Рейкьявике (Исландия) и на канадской авиабазе Гус-бей. Во второй половине дня 29 мая Пе-8 благополучно приземлился в Вашингтоне. После проведения переговоров 4 июня машина стартовала в обратный путь и успешно вернулась в Москву. За выполнение этого полета пилоты и штурман Ште- пенко получили звания Героев Советского Союза, были удостоены боевых наград и другие члены экипажа.