Во второй половине 60-х гг. в связи с изменением тактики средств воздушного нападения потенциального противника (переход на действия с малых и предельно малых высот) акценты в задаче совершенствования комплекса дальнего перехвата несколько сместились. Предварительные поисковые работы привели к созданию совместной с заказчиком программы перспективного развития туполевских перехватчиков, состоящей из трех этапов. На первом требовалось снизить нижний предел высоты боевого применения с 8-10 км до 0,5-1,5 км и повысить помехоустойчивость радиолокационной головки самонаведения ракеты Р-4Р. На втором — увеличить высоту полета перехватываемой цели с 21 км до 23-25 км, поднять суммарную скорость сближения с уничтожаемой целью на встречно-пересекающемся курсе с 2000 км/ч до 3000 км/ч, расширить зону возможных пусков ракет при минимальной высоте боевого применения до 60°, еще больше повысить помехозащищенность системы радиоуправления головки самонаведения ракеты, расширить возможности автономных и полуавтономных действий,увеличить с 50 км до 90-100 км дальность обнаружения цели, с 35-40 км до 65-70 км дальность захвата, с 20-25 км до 35-40 км дальность пуска ракет и с 7-8 км до 10- 12 км превышение по высоте поражаемой цели. На третьем этапе внимание разработчиков комплекса предполагалось полностью сосредоточить на самолете-носителе. Его скорость с ракетами собирались поднять до 2100-2400 км/ч, улучшить разгонные характеристики, уменьшить длину разбега, увеличить дальность полета.
После тщательного анализа задач первого этапа конструкторы ОКБ А.Н.Туполева пришли к выводу, что расширение диапазона боевого применения комплекса Ту-128С-4 вполне возможно. В 1968 г. командованию ВВС и ПВО было представлено техническое предложение по модернизации комплекса, причем отмечалось, что выпускать новые самолеты не требуется, их можно получить путем доработки уже построенных Ту-128 силами ремзаводов авиации ПВО В апреле 1968 г. было подписано совместное решение МАП, МРП и ВВС о модернизации комплекса, а 17 июля - соответствующее решение ВПК №182. 26 декабря 1968 г. вышло постановление ЦК КПСС и Совета Министров СССР №1044-381 по новому модернизированному комплексу Ту-128С-4М, согласно которому конструкторским коллективам Туполева, Волкова и Бисновата ставились задачи по модернизации стоящих на вооружении перехватчиков Ту-128 вТу-128М. На усовершенствованном самолете должны были устанавливаться новые РЛС РП-СМ "Смерч-M" и ракеты Р-4РМ и Р-4ТМ.
В ноябре 1969 г. ОКБ Туполева передало авиазаводу №64 необходимую документацию по доработке Ту-128 в Ту-128М (изделие "ИМ"). Для этой цели командование авиации ПВО выделило два серийных Ту-128 (№4201 и №4202). Выпущенные в апреле 1970 г., они, вероятно, не покидали цехов завода, а сразу подверглись переделке. Первый доработанный самолет (№4201) был принят заказчиком в Воронеже 5 августа 1970 г., второй - 3 сентября. Совместные испытания нового комплекса начались сразу после передачи первого перехватчика. Этап "А" проводился сначала на аэродроме воронежского авиазавода. Полеты первой машины начались 24 сентября и закончились 15 октября 1970 г. В тот же день начались полеты второго самолета, завершившиеся 28 октября. Затем оба перехватчика перегнали в Жуковский, где испытания этапа "А" были продолжены и завершены 29 августа 1972 г. Их проводили летчики-испытатели ОКБ В.Молчанов, М.В.Козлов, С.Т.Агапов и штурман-испытатель А.Н. Николаев. Этап "Б" совместных госиспытаний Ту-128М проводился в ГК НИИ ВВС с 10 марта 1973 г. по 24 июля 1974 г. (летчики- испытатели Г.Горовой,В.Баранов, штурманы-испытатели Г.Митрофановский, М.Петров и А.Хализов). Всего первые два самолета за неполные 4 года испытаний выполнили 318 полетов. Приказом Министра обороны №00104 от 28 июня 1979 г. (через 5 лет!) комплекс перехвата воздушных целей Ту-128С-4М был принят на вооружение авиации ПВО страны.
Переоборудование перехватчиков, поступавших из войсковых частей, как и предполагалось, проводили ремонтные заводы авиации ПВО по образцу первых самолетов. Заключалось оно, кроме замены РЛС, в установке новых блоков связи, усилении узлов подвески ракет (Р-4ТМ и Р-4РМ были несколько тяжелее своих прототипов), доработке другого оборудования. В частности, на многих Ту-128М устанавливалась радиостанция Р-846, в связи с чем законцовка киля этих машин становилась параллельной строительной горизонтали самолета. За сравнительно небольшой период переделке подверглись практически все Ту-128.
Прототип Ту-128УТ
За характерную форму носовой части Ту-128УТ получил в частях прозвище "пеликан"
Одной из последних попыток улучшения характеристик Ту-128 стал проект установки на него двух двигателей рыбинского КБМ РД36-41 с тягой на форсаже 16000 кгс и удельным расходом топлива на максимальном режиме - 0,88 кг/кгс ч (на форсаже - 1,9 кг/кгс ч), а также новой РЛС РП-СА "Смерч-А". По расчету, взлетная масса самолета возрастала до 52140 кг, а максимальная скорость составляла 2650 км/ч. Однако в 1968 г. РД36-41 еще только проходил летные испытания и доводку на Ту-16ЛЛ. К тому же, авиацию ПВО вполне удовлетворяли предварительные результаты испытаний опытного МиГ-25 со станцией этого же типа и серийными двигателями. Поэтому проект развития не получил.
Для решения задач второго и третьего этапов ОКБ-156 развернуло работы по проектированию новых комплексов перехвата воздушных целей, в частности, перехватчика "138". Комплекс в варианте с ракетами К-60 и РЛС "Смерч-А" получил обозначение Ту-138-60, а с ракетами К-100 и РЛС "Гроза-100" - Ту-138-100. Самолет "138" оснащался двумя двигателями ВД-19, сохранял внешнее сходство с Ту-128, но отличался от него новым тонким крылом и шасси, которое убиралось в крыло и фюзеляж. С целью достижения максимальной скорости порядка 2100-2400 км/ч с подвешенными ракетами была улучшена аэродинамика самолета. По расчетам, на дозвуке рубежи перехвата достигали 2000 км, а время барражирования увеличивалось до 4,5 ч. Предусматривалось использование запасов ракет Р-4 от комплекса Ту-128С-4.
Работы по проекту "138" зашли достаточно далеко. Было построено большое количество продувочных моделей, испытания которых в ЦАГИ показали, что необходимое аэродинамическое качество на дозвуковом режиме полета и, следовательно, планируемую дальность получить не удается. Не удовлетворили разработчиков и взлетно-посадочные характеристики, сомнительным оказалось достижение заявленных скоростей полета из-за возросшего миделя самолета. Для решения возникших проблем рассматривались различные варианты. Предлагалось ввести систему дозаправки топливом в воздухе со штангой в носовой части фюзеляжа по типу используемой наТу-22, изучалась возможность установки системы сдува погранслоя с закрылков и носков крыла, но эти меры слишком усложняли и утяжеляли перехватчик. В итоге тему "138" признали бесперспективной и закрыли.
В 1965 г. в отделе технических проектов ОКБ подготовили эскизный проект самолета Ту-148, который должен был входить в состав нового авиационно-ракетного комплекса дальнего перехвата Ту-1 48-100. Носитель предполагалось оснастить РЛС "Смерч-100" и вооружить ракетами К-100. По проекту, Ту-148 имел крыло изменяемой стреловидности и два ТРД типа РД-19Р-2 с тягой на форсаже 14200 кгс. Перехватчик должен был летать на высотах 50-100 м со скоростью 1400 км/ч, а на высотах 16000-18000 м - со скоростью 2500 км/ч. Дальность на дозвуке должна была составлять около 5000 км, а на сверхзвуковом режиме - 2500 км. Особенностью Ту-148 была впервые разрабатываемая теплорадиолокационная система управления ракетным вооружением "Смерч-100" с диаметром антенного зеркала 2000 мм. Бортовое оборудование перехватчика позволяло использовать его в автономном режиме. Комплекс мог быть использован для перехвата воздушных целей на дальних подступах к территории СССР и для ПВО районов со слаборазвитыми или выведенными из строя наземными навигационными и аэродромными системами. Таким образом, задачи комплекса Ту-128С-4 предполагалось решать на новом техническом уровне.
