Сергей Павлович быстро сделал наброски реактивной установки, учитывая компоновку пикировщика. Камеру сгорания и сопло, откуда вырываются горячие газы, он расположил в хвосте Пе-2. Это диктовалось соображениями безопасности. Баки с азотной кислотой оказалось лучше всего разместить в середине фюзеляжа. Аэродинамические расчеты пикирующего бомбардировщика с реактивной установкой (РУ) заняли немало страниц. Хотелось многое просчитать и проверить на земле, до взлета необычной машины.
Цифры получались заманчивые. РУ поедала в минуту 90 килограммов тракторного керосина и окислителя. Взяв на борт 900 килограммов топлива, можно было использовать установку в течение 10 минут. Не так уж мало, если учесть локальность задачи — резко оторваться от преследователей и уйти от зенитного огня. Реактивная тяга должна была дать самолету прирост скорости более чем 100 километров в час. Высота полета также могла повышаться — следовало только взять побольше керосина и окислителя. И наконец — сокращение пробега самолета, что важно в условиях фронтовых аэродромов.
Окончательный расчет Пе-2РД с реактивной установкой Королев утвердил еще 24 мая 1943 года. Изготовление машины шло при активном участии Мясищева, к тому времени главного конструктора, и его коллег. В опытном Цехе завода, возглавляемом П.М. Гловацким, самолет обретал задуманные черты.
В том же году на аэродроме можно было видеть Пе-2, мало чем отличавшийся от серийных образцов. Только острый глаз был способен заметить его особенности. Самолет стоял в сторонке от других машин, как бы на отшибе. Едва подходил час полета, он начинал гудеть и извергать из сопла мощное устойчивое пламя золотистого оттенка.
Испытания велись в условиях, когда каждый вылет мог принести (да и приносил) неожиданности. Отрабатывалось зажигание, на различных высотах включался реактивный двигатель. Иногда все шло гладко, а иногда… То выходила из строя газовая трубка, то падало давление в камере сгорания, то растравливались азотной кислотой жиклеры, дозирующие поступление компонентов в камеру сгорания… Постоянно присутствовал и риск. Цена любой ошибки могла оказаться слишком дорогой.
Вот отрывок из воспоминаний близкого друга С.П. Королева К.И. Трунова, приведенных в книге П.Т. Асташенкова «Главный конструктор».
«Сергей Павлович попросил меня зайти и посмотреть, как работает жидкостный двигатель на самолете, на котором ему предстояло подняться в воздух. «Ты как летчик скажи свое мнение», — попросил он. Мы отправились на аэродром. На земле двигатель работал нормально. «Надо все же испытать его в воздухе и убедиться лично, что все работает исправно», — сказал Сергей Павлович.
Он занял место в задней кабине самолета, летчик дал газ, и самолет вырулил на старт. Взлетел, набрал небольшую высоту и пошел над аэродромом по курсу, на котором должен запускаться ускоритель. Мы на земле ждали этого момента. Наконец пуск ускорителя состоялся. Но что произошло? Почему самолет как-то неестественно пошел на посадку? Вот он подруливает к месту стоянки. Мы кинулись к нему. Сергея Павловича нашли в кабине с окровавленной головой. Помогли ему выбраться из самолета, забинтовали голову и сдали на попечение врача. Как оказалось, был он ранен в лицо осколками взорвавшегося двигателя, но, к счастью, не тяжело. «Хорошо, что я летел сам, а то потом все время терзался бы догадками: что при запуске было сделано не так? Почему двигатель взорвался? Вот главное, что надо установить!» И это он говорил в больнице.
Немного оправившись, Сергей Павлович продолжал испытание двигателей. С повязкой на голове. Снять ее врачи еще не позволили».
Всего на Пе-2РД летчик Васильченко сделал 110 полетов. В ходе их Королев записал: «Испытания показывают, что двигатель РД и реактивная установка в целом работают нормально. Хорошо совпадают экспериментальные и расчетные данные. Таким образом, в настоящее время имеются опробованная в воздухе материальная часть вспомогательного двигателя и реактивные установки Пе-2».
Заключение по реактивной установке Королева подписал Мясищев. В документе, в частности, сказано: «Считать целесообразным предъявить реактивную установку с двигателем РД-1ХЗ на самолете Пе-2 № 15/185 на испытания совместно с представителями ВВС КА по согласованной программе».