Переход на новый промежуточный калибр, предложения которого звучали еще до войны, был нелегким решением уже из-за необходимости перестройки всей системы снабжения боеприпасами. Однако «тридцатка», обеспечивавшая высокую сбалансированность между мощностью снаряда, скорострельностью и массой оружия, была оценена как оптимальная, а новый патрон калибра 30 мм, предложенный ОКБ-16, рекомендовался в качестве единого. В конце на создание авиационной артсистемы 30-мм калибра, помимо -16, участвовали КБ Б.Г.Шпитального и тульское КБ А.А.Волкова (в самом ОКБ-16 параллельно с А.А.Рихтером альтернативный проект разрабатывал П.П.Грибков). По результатам испытаний НР- 30 была рекомендована для вооружения самолетов и с 1954 г. пошла в серийное производство. На нее конструкторам было выдано авторское свидетельство № 15696, приоритет от 6-го сентября 1952 г., а в 1967 году за ее создание присуждена Государственная премия. В те же годы переход на 30 мм орудия был осуществлен за рубежом («Аден» в Англии и DEFA во Франции). У нас в конечном счете 30 мм стали единственным новым калибром, освоенным в послевоенные годы, а к 80-м гг. этот калибр был установлен в качестве унифицированного для ВВС, армии и флота.
Как и во многих пушках нормальной схемы, в конструкции НР- 30 использован откатный двигатель — механизмы автоматики приводятся в движение за счет отката ствола под действием силы давления пороховых газов на дно его каналов. Для торможения ствола при откате и для его наката вместо пружины или гидротормоза используется газовый накатник, что позволяет уменьшить массу и габариты оружия, а также упростить механизм перезарядки. Для его работы используются пороховые газы, отбираемые из ствола, причем газы в накатнике подвергаются сжатию при откате, а по приходу ствола в переднее положение — стравливаются. Подача патрона к приемному окну производится в два приема: на полшага ленты при откате ствола, и в первой половине наката ствола еще на половину ее шага, совмещая эти операции с циклом хода ствола. Новые решения позволили поднять скорострельность до 900 выстр/мин — больше, чем у 23-мм НР-23. Требование размещения необходимого боезапаса для скорострельной НР-30 при достаточно крупных патронах (масса патрона составляла 840 г, звена — 105 г) вызвали оригинальные компоновочные решения пушечной установки: на смену объемистым патронным ящикам пришли рукава подачи лент — вытянутые по размаху крыла на МиГ-19 и компактно опоясывающие фюзеляж на МиГ-21Ф, Су-7Б и Су-17.
Однако применение газового накатника привело к усложнению эксплуатации пушки вследствие оседающего в полостях и на деталях нагара пороховых газов, требующих регулярной переборки и чистки. Кроме того, для предотвращения взрывоопасной концентрации пороховых газов в отсеках самолета, где устанавливается пушка, потребовалось их оснащение жалюзи и воздухозаборниками принудительного проветривания. На практике повышенные требования к обслуживанию и чувствительность к загрязнению пушки с газоотводом (при гораздо более частых стрельбах, чем из АМ- 23 на бомбардировщиках) приводили к отказам вооружения — заклиниванию затвора и снарядов, после чего их требовалось выбивать, а то и извлекать по частям.
Имея мощную баллистику и большую скорострельность, НР-30 может успешно применяться как по воздушным, так и по наземным целям, а использование различных боеприпасов (бронебойный, фугасный, осколочно-фугасный и др.) позволяет ей успешно конкурировать с более современными артиллерийскими системами. НР-30 не раз убедительно демонстрирована свои преимущества: так, 1 мая 196(5 г. капитану В.Полякову на МиГ-19 в Заполярье хватило одного залпа, чтобы сбить американский разведчик-нарушитель RB-47. На Ближнем Востоке египетские летчики на МиГ-21Ф-13 23 октября 1968 г. ракетами и огнем НР-30 сбили три «Миража», израсходовав 60 снарядов и шесть ракет. В очередном групповом бою 3 ноября 1968 г. египетские МиГ-21Ф-13 вновь одержали победу, сбив два «Миража» ракетным и пушечным огнем, без собственных потерь. В индо-пакистанской войне 8 декабря 1971 г. летчику даже не очень приспособленного для воздушного боя Су-7БМК удалось пушечным огнем НР-30 сбить истребитель противника.
Подфюзеляжная турель типа ДТ-Н12 самолёта Ту-95К-22 с пушками АМ-23.
К началу 60-х годов при имевшемся уровне технологии пушками АМ-23 или НР-30, в основном, были исчерпаны возможности классической схемы автоматического оружия. Дальнейшее повышение плотности огня путем увеличения скорострельности требовано применения новых конструктивных схем.
Барабанная (или револьверная) схема отличается от обычной тем, что в ней на один ствол приходится несколько патронников. Наличие вращающегося блока патронников позволяет совместить по времени несколько операций цикла автоматики: отпирание канала, экстракция стрелянной гильзы, досылание и запирание патрона происходят параллельно, и каждый патронник за поворот барабана обеспечивает изготовку к производству выстрела. Применение такой схемы позволяет увеличить темп стрельбы по сравнению с пушками классической схемы более чем в два раза.
Возможны две конструктивные разновидности барабанной схемы — в зависимости от направления досылания патрона в патронник. В первой из них патрон досылается сзади, как в обычных пушках. Такая схема применена, например, в пушках «Аден» (Англия) и DEFA-552 (Франция). Она не накладывает никаких ограничений на форму гильзы, т. е. могут использоваться стандартные патроны. Во второй схеме, предложенной и впервые осуществленной А.А.Рихтером в пушке Р-23 ОКБ-16, патрон досылается спереди назад, и длина артиллерийской системы может быть уменьшена, по меньшей мере, на длину патрона. Поводом к созданию оригинальной конструкции стали новые требования — предполагалось ее установка в качестве оборонительного вооружения новых бомбардировщиков (для истребителей считалось достаточным исключительно ракетного вооружения), а сверхзвуковые скорости вынуждали использовать предельно короткоствольные орудия. Для оружия такой схемы с передней подачей патрона потребовался соответствующий патрон с полностью цилиндрической гильзой без выступающего ранта, в которой целиком утапливался снаряд.
Другой особенностью Р-23 является автоматика, полностью основанная на газоотводе — три независимых газопороховых двигателя (принципиально подобных газовому поршню затвора того же автомата), выполняющих экстракцию и отражение гильзы вперед, досылание патрона, поворот барабана. Досылание осуществляется поршнем-досылателем, приводимым в движение пороховыми газами. Он принудительно разгоняет патрон на 15-мм отрезке пути, а затем патрон влетает в патронник по инерции (из-за чего такое досылание получило наименование ударного или броскового). Часть пороховых газов отводится через канал в оси барабана в патронник, где находится гильза. Действуя на дно гильзы, после выстрела и поворота барабана газы «выстреливают» ее из бокового патронника вперед и в освободившееся гнездо досылается новый патрон. Ударное досылание потребовало более прочной стальной гильзы (ее масса достигала половины массы всего патрона), передняя часть которой, примыкая к каналу ствола служила его «началом» и обеспечивала при выстреле направление в него снаряда. Необходимые баллистические данные при укороченном стволе обеспечивались усиленным зарядом пороха, увеличенным по сравнению с патроном НР-23 вдвое; его воспламенение осуществлялось электрокапсюлем с дублирующим запалом на случай отказа в электрозапальной цепи. Использование электрозапала, заменившего механический ударник, также способствовало компактности конструкции.
Наличие одного ствола, нагруженного несколькими патронниками, ограничивает темп стрельбы барабанной пушки по условию его живучести (напряженный температурный режим, интенсивное истирание поверхности ствола, химическое и эрозионное воздействие пороховых газов приводят к быстрому «расстрелу» ствола — его износу и выгоранию). А это значение темпа стрельбы таково, что оно может быть получено уже при четырех патронниках в барабане. По этим причинам число патронников в одноствольных барабанных пушках не превышает 4–5, а величина предельного темпа стрельбы (по условию допустимой скорости соударения деталей при останове барабана) составляет для калибра 23 мм — 2500–2800 выстр/мин и для калибра 30 мм — 1800–2500 выстр/мин.