Первый образец сверхзвукового бомбардировщика «М-50А» поднялся в воздух 27 октября 1959 года. Этот полет продолжительностью 35 минут прошел успешно.

Так как на момент начала испытаний двигатели конструкции Зубца еще не были доведены, то на прототип установили четыре менее мощных мотора «ВД-7Б» тягой по 9750 килограммов конструкции ОКБ Владимира Добрынина.

Для увеличения тяги до 14 000 килограммов два подкрыльевых двигателя «ВД-7» оборудовали форсажными камерами. Однако это не помогло: «М-50» так и не преодолел скорости звука, «упершись» в предел — 0,99 Маха. 9 июля 1961 года «М-50» был продемонстрирован широкой публике на параде в Тушино. После этого на Западе ему присвоили код НАТО «Bounder» («Беспредельщик») и даже поговаривали, что этот бомбардировщик скоро пойдет в серийное производство.

Однако осенью 1960 года Владимира Мясищева назначили начальником ЦАГИ, а ОКБ-23 расформировали. Коллектив переподчинили Владимиру Челомею, создававшему космическую технику. «М-50А» передали в музей в Монино.

Повсеместное увлечение баллистическими ракетами, казалось, «поставило точку» на стратегической авиации.

Но до расформирования ОКБ работы по бомбардировщикам шли полным ходом. Сразу же после «М-50» началось проектирование его модификации «М-52», которая должна была обеспечить проектные дальность и скорость.

Эта разработка была связана с постановлением Совмина № 867–408 от 31 июля 1958 года о создании авиационной системы дальнего действия для поражения площадных и наземных целей.

В состав системы, получившей обозначение «М-52К», входили: сверхзвуковой самолет «М-52», крылатая ракета «Х-22» и системы управления и наведения «К-22У».

«М-52» проектировался в двух вариантах: двухместном боевом и трехместном учебно-тренировочном. В первом варианте летчик и штурман размещались рядом, во втором — справа от проверяемого располагался инструктор, а рабочее место штурмана перенесли вперед, за приборную доску летчиков. Для спасения экипажа в случае аварийного покидания самолета во всем диапазоне скоростей предназначались катапультные кресла с реактивными ускорителями, выстреливавшиеся вверх.

Первый вариант «М-52» предлагался с размещением всех двигателей на пилонах под крылом. Но окончательно остановили выбор на схеме самолета «М-50». На входе воздухозаборных устройств установили центральные тела, и это еще сильнее подчеркивало, что самолет рассчитан на большие сверхзвуковые скорости.

Вооружение носителя, кроме свободнопадающих авиабомб калибром до 5000 килограммов, реактивных торпед «РАТ-52М» и морских мин, должно было включать две ракеты «Х-22», а впоследствии и ракеты проекта «44» класса «воздух — поверхность», размещавшиеся по бокам фюзеляжа.

В случае чисто ракетного вооружения в бомбоотсеке планировалась установка дополнительного топливного бака.

На «М-52», как на «пятидесятке», согласно требованиям ВВС предусматривалось размещение кормовой стрелковой установки «ДБ-52» с пушками «АО-9М» калибра 23 миллиметра и прицельной станцией «Криптон» с вычислительным блоком «ВБ-17».

От цельноповоротного вертикального оперения отказались, заменив его традиционным килем с рулем направления.

На вершине киля поместили дополнительное балансировочное горизонтальное оперение, отклоняемое только вниз, на кабрирование.

Самолет рассчитывался под четыре двигателя «М16-17Б» с взлетной тягой по 18 500 килограммов. Не исключалось, однако, и использование форсированных «М16-17Ф» или «НК-6М». Предполагалось установить в носовой части систему дозаправки топливом в воздухе. При установке средней сбрасываемой тележки допустимый взлетный вес составлял 248 тонн.

В момент взлета дополнительную тягу должны были давать ускорители на ЖРД «СЗ-42М» конструкции Доменика Севрука, развивавшие тягу до 17 тонн в течение одной минуты.

На передней тележке шасси для сокращения пробега предусматривалась установка тормозной лыжи.

Однако и в этом случае, несмотря на всю экзотичность предложенных технических решений, проект самолета не соответствовал заданным требованиям и нуждался в доработках.

В апреле 1959 года ОКБ-23 предъявило заказчику макет «М-52К», который не был одобрен государственной комиссией.

ОКБ пришлось доработать носитель. На крыле предложили сделать геометрическую крутку с наплывами в концевых частях. На внешних мотогондолах установили «ласты» и улучшили компоновку крылатой ракеты «Х-22». Эти мероприятия способствовали увеличению аэродинамического качества на околозвуковых скоростях.

В период с 29 мая по 19 июня 1959 года состоялась защита эскизного проекта «М-52К». В своем заключении заказчик вынужден был констатировать, что «…самолетноситель системы М-52К выполнен как незначительная модификация стратегического бомбардировщика М-50 с сохранением схемы и без существенных изменений размеров и веса. Это приводит к невозможности использования его с аэродромов 1 класса, имеющихся вблизи возможных театров военных действий, а также к чрезмерному удорожанию системы и усложнению ее эксплуатации. По своим характеристикам самолет не соответствует постановлению Совмина и требованиям ВВС».

Как оказалось, сложнейшей задачей при создании носителя «М-52» было обеспечение требуемой дальности. При расчетном полетном весе 165 тонн с двигателями «М16-17Б» радиус действия самолета в варианте бомбардировщика не превышал 4100 километров. По расчетам ОКБ, при полете с двумя ракетами этот параметр не превышал 2300 километров, что было почти в два раза меньше заданного постановлением Совмина. В случае дозаправки носителя топливом на пути к цели до веса 215 тонн практический радиус действия возрастал до 3750 километров, но все равно не соответствовал заданию. Лишь при полете с одной ракетой радиус превышал нижнюю границу задания — 4050 километров.

В двух последних вариантах система «М-52К» могла развивать крейсерскую скорость 1700–1800 км/ч с одной ракетой на расстоянии 1800 километров от аэродрома вылета, а с двумя ракетами — лишь на удалении 2960 километров.

Таким образом, свыше половины этого пути «М-52К» должен был проходить на высотах от 5500 до 8500 метров на дозвуковых скоростях 800-1000 км/ч. Остальной участок приходился на режим разгона до скорости в 1,7 Маха с набором высоты.

Заказчик также отмечал, что реально практический радиус действия системы не будет превышать 3200 и 2300 километров с одной и двумя ракетами соответственно, так как взлетный вес из-за недостаточной прочности шасси ограничен 165 тоннами. Указывалось также на недостаточную тяговооруженность «М-52К».

Острая полемика развернулась по вопросу базирования «М-52К». ОКБ-23 ориентировалось в соответствии с заданием на сверхклассные аэродромы с длиной взлетно-посадочной полосы не менее 3000 метров. Военные же требовали сократить длину разбега до 2500 метров. В результате для взлета с перегрузочным весом конструкторы предложили применить среднюю сбрасываемую стойку с самоориентирующейся четырехколесной тележкой шасси. Она могла воспринимать до 85 тонн взлетного веса, обеспечивая перед отрывом от земли угол атаки 13,5° при скорости 430 км/ч.

Предусматривалось спасение средней стойки на парашюте для ее повторного использования. В случае применения стартовых ускорителей дистанция разбега не должна была превышать 2000 метров.

Рассматривался также вариант точечного старта с помощью ускорителей общей тягой до 360 тонн. Наклон ускорителей под углом около 53° к горизонту мог обеспечить отрыв самолета с места, разгон в течение 15 секунд до скорости 550 км/ч и набор высоты 300 метров на дистанции 1500–2000 метров. Ожидалось, что применение «точечного старта» при рассредоточении мест базирования резко повысит живучесть дальней авиации в условиях внезапного нападения вероятного противника. Взлетный вес системы «М-52К» в этом случае доводился до 217 тонн. Для сокращения послепосадочного пробега предлагалось использовать аэрофинишер, по типу того, которые применяются на авианосцах.

Несмотря на очевидные недостатки системы, был запланирован выпуск пяти самолетов, вооруженных ракетами «Х-22». Две машины предписывалось выпустить в 1960 году и три — в 1961 году. Несколько позже руководство Министерства обороны обратилось в правительство с предложением ограничить выпуск тремя машинами, использовав их для накопления опыта по испытанию и эксплуатации системы «М-56К», не уступающей американскому бомбардировщику «ХВ-70 Валькирия».