Для ядерного заряда пришлось делать новую ракету ЗР10 с более тяжелой надкалиберной головной частью ЗН14. Ракетный двигатель обеих ракет был одинаков. Твердотопливный двигатель имел два сопловых блока и две камеры, подобно ракете ЗР-1 комплекса «Марс». За счет меньшего веса и лучшей аэродинамики боеголовки ракета ЗР9 имела большую дальность стрельбы, чем ЗР10 (44,5 км против 32,2 км). Двигательная установка была спроектирована НИИ-1 и НИИ-125.

8 апреля 1959 г. по предложению НИИ-1 вышло Постановление Совмина № 378–180, которое развивало постановление 1953 г. и предусматривало:

— изготовление и отстрел опытных ракет ЗР9 и ЗРЮ (НИИ-1);

— углубленную модернизацию «объекта 160» (СТЗ);

— решение вопроса по комплектации комплекса 2К6 краном и транспортной машиной (НИИ-1, ГАУ);

— изготовление опытной партии пусковых установок 2П16 и транспортных машин (завод «Баррикады»);

— создание колесного варианта пусковой установки (ОКБ завода «Баррикады» и ОКБ ЗИС).

На первые три разработки ГАУ выдало тактико-технические требования № 007428, на колесные базу — тактико-технические требования № 007762. Предусматривалось разработать большегрузное и маневренное колесное шасси с характеристиками выше, чем для ракетного комплекса «Онест Джон».

В 1959 г. проводилась дальнейшая доработка комплекса «Луна». Для увеличения дальности при заданной точности требовалась реализация новых технических решений. Для осреднения действия эксцентриситета тяги на начальной, «критической», части полета в переходник между камерами между двигателями установили специальный двигатель поворота. Периферийные сопла обеих камер сориентировали в сторону центра масс ракеты. Всего конструкторы внесли в ракету более сотни изменений.

Интенсивно проводились работы и по пусковой установке С-123А (2П16). В 1959 г. ее доставили из Забайкальского округа на полигон Капустин Яр для обеспечения заводских испытаний новых модификаций ракет комплекса «Луна», радиодатчиков «Треугольник» и «Вибратор», взрывателей И-37 и И-38. Перед началом испытаний инженеры и рабочие НИИ-1 со своими смежниками провели некоторые доработки. Новая пультовая аппаратура устанавливалась в бункер, на пусковой установке добавили новый отрывной разъем. Когда установка 2П16 выходила на старт, к ней тянулись десятки кабельных сборок.

Одновременно с доработками боевой машины велись работы на 8-й площадке полигона, с которой проводились пуски. Здесь построили стартовые позиции, корпуса, дороги.

Пуски ракет проводились в марте — апреле 1959 г., после чего до июля было проведено еще несколько пусков для дополнительных испытаний радиодатчиков ВНР.

В ходе работ над «объектом 160» его артиллерийская часть увеличилась почти на 40 % по сравнению с артиллерийской частью «Марса», а общий вес пусковой установки «Луны» превысил 18 т.

Анализ эксплуатации пусковых установок комплекса «Марс» стал смертным приговором и для утяжеленной пусковой установки «Луны»: от нагрузки клиренс устремляется к нулю; верхние и нижние листы от ударов и неровности дорог деформируются и имеют значительный прогиб; этот прогиб приводит к расцентровке осей коробки передач и двигателя, и к деформации балансира.

Создалось критическое положение, но конструкторы под руководством С.А. Федорова внесли существенные изменения в конструкцию шасси. Были поставлены дополнительно усиленные буферные пружины у второго и пятого опорного катков, усилены опорные катки и балансиры, изменен механизм натяжения гусеничных цепей — он стал кривошипно-винтовым.

С этими доработками конструкторская документация была запущена в производство. Новые узлы должны были быть готовы к августу 1959 г. Для их установки на СТЗ прибыли пусковая установка 2П16 и транспортно-заряжающая машина комплекса «Марс» 2ПЗ. С пусковой установки демонтировали направляющую и вместе с транспортно-заряжающей машиной направили на завод «Баррикады». Дело в том, что на направляющей из-за интенсивных пусков ракет расстояние между внутренними поверхностями боковых полозков вышло из допустимого размера 416±1 мм, и требовалось восстановление. А транспортно-заряжающую машину 2ПЗ нужно было переоборудовать для транспортировки ракеты «Луна».

В связи с устранением транспортно-заряжающей машины С-124А в состав комплекса «Луна», которому к тому времени был присвоен индекс ГАУ 2К6, пришлось ввести автокран К-6 грузоподъемностью 5 т. Несколько позже (16 апреля 1959 г.) НИИ-1 получило указание вместо С-124А ввести в состав комплекса транспортную машину. Мазуров решил создать ее на базе полуприцепа 2У663, буксируемого автомобилем ЗИЛ-15ТВ. 12 ноября 1959 г. две транспортные машины были изготовлены заводом № 29 и прошли испытания на трассе Свердловск — деревня Чусовое. Согласно заключению комиссии: «Полуприцеп 2У663 отвечает всем требованиям тактико-технического задания как с точки зрения устойчивости, прочности, жесткости конструкции, так и надежности в эксплуатации».

Государственные испытания комплекса «Луна» должны были начаться в середине января I960 г. Но, не дожидаясь их результатов, 29 декабря 1959 г. вышло Постановление Совмина, согласно которому заводы «Баррикады» и Сталинградский тракторный должны были приступить к серийному производству. Первые пять машин заводам предписывалось сдать к началу Государственных испытаний.

Государственные испытания комплекса «Луна» производились в два этапа и на нескольких полигонах: стрельбы — на Ржевке под Лениградом, ходовые испытания — в Бронницах и в Кубинке под Москвой. Испытания эти проводились одновременно — с января по март 1960 г.

На Ржевку были доставлены две пусковые установки 2П16 № 503 и № 504, две транспортные машины 2У663, три автокрана К-51, АК-5Г и К-121, автомобиль МАЗ-200 и другое оборудование. За время испытаний проведено 73 пуска ракет с различными головными частями. Все пуски проходили нормально, кроме 29-го, когда ракета вместо 10 км пролетела всего 2,5 км. Причина неудачи была найдена быстро — подвела недостаточная точность баллистических таблиц. Пусковую установку 2П16 № 503, с которой неудачно стартовала ракета, отправили в НИИДТ в Бронницы, где ока совместно с еще одной пусковой установкой 2П16 № 501 продолжила ходовые испытания. Обе пусковые установки прошли более 3000 км каждая. Максимально низкая температура в ходе испытаний достигала -27 °C.

Были выявлены недостатки машин, для устранения большинства которых достаточно было мероприятий, вносимых в эксплуатационную документацию. Но некоторые недостатки, выявленные на испытаниях, требовали вмешательства конструкторов. Например, требовалась разработка нового крепления, исключающего упругое и остаточное перемещение ракет на походе.

В целом вывод подкомиссии по испытаниям был таким: «По ходовым испытаниям машины отвечают предъявленным требованиям и могут быть рекомендованы для принятия на вооружение Советской армии».

А тем временем на Ржевку прибыла пусковая установка 2П16 № 502, с которой продолжались пуски ракет. На предпоследнем, 72-м, пуске через 0,5 с из-за дефекта пороховой шашки произошел разрыв корпуса переднего полудвигателя. Это происшествие, естественно, повлияло на выводы комиссии по испытаниям, тем более что в ходе испытаний отмечались и другие недостатки элементов комплекса «Луна». Автокраны из-за плохой маневренности не успевали за пусковыми установками, а к транспортной машине 2У663 комиссия высказала целый ряд претензий, в том числе недостаточная прочность рамы, отбойников и торсионов. Низкая проходимость по сравнению с пусковой установкой и система обогрева не отвечала требованиям тактико-технического задания.

Выводы Государственной комиссии с учетом двух этапов испытаний были следующие:

«1. Ракета «Луна» и пусковая установка 2П16 рекомендуются для приемки на вооружение.

2. Ходовой ресурс пусковой установки 2П16 утвердить 2000 км.

3. Автокраны АК-5Г и К-51 принять, однако, учитывая малую проходимость этих кранов, снижающих маневренность комплекса, рекомендуется разработать кран на шасси высокой проходимости.