Во второй половине 1958 года в опытном производстве были собраны первые экспериментальные самолеты «121».

С 30 декабря 1958 года начались огневые испытания и отстрелы имитаторов на полигоне в Фаустово, позднее на полигоне во Владимировке. В ходе этих испытаний проверялась правильность выбранной системы запуска. Началась подготовка к летным испытаниям.

Летом 1959 года первый летный экземпляр самолета «121» был перевезен на испытательную базу ОКБ. 25 августа первенец беспилотного самолета-снаряда «Ту-121» ушел в полет.

Этот испытательный полет прошел успешно, затем было еще несколько успешных полетов, подтвердивших правильность выбранных технических решений. Показанная в ходе испытаний реальная дальность «Ту-121» позволяла при старте с территории СССР нанести атомный удар по любой точке в Западной Европе, Северной Африке и Азии. Всего было отстреляно пять изделий, уже шла речь о подготовке серийного производства. Однако 5 февраля I960 года вышло постановление Совета Министров, сворачивавшее все работы по этой беспилотной ударной системе. Советское военно-политическое руководством сделало окончательный выбор в пользу ударных стратегических средств на основе баллистических ракетных комплексов. Как мы помним, в то же самое время были свернуты работы по тяжелыми крылатым ракетам «Буря» и «Буран».

В ходе работ над «Ту-121» был подготовлен эскизный проект межконтинентального самолета-снаряда «Ту-123» (Изделие «Д» — «Дальний»), обеспечивавшего доставку боевой нагрузки (термоядерная боевая часть) на дальность 9000–9500 километров с точностью до 10 километров. Самолет-снаряд «Д» должен был совершать полет на высотах от 22 до 25 километров со скоростью 2500–2700 км/ч.

Предварительный проект представлял собой увеличенный по массе и габаритам самолет «Ту-121» («С»). Для увеличения дальности полета предлагалось увеличить запас топлива и установить новые более экономичные турбореактивные двигатели «НК-6». Систему управления «Ty-123» предлагалось выполнить астроинерциальной.

Работы по межконтинентальному снаряду были остановлены на стадии проекта вместе с работами по «Ту-121». Под шифром «123» в дальнейшем разрабатывался беспилотный разведчик (система «Ястреб»).

В конце 1950-х годов в связи с нарастанием угрозы внезапного ядерного удара со стороны США руководство Советского Союза приняло решение создать систему дальней беспилотной фото- и радиоразведки под шифром «Ястреб». Ответственность за решение этой задачи возложили на ОКБ Андрея Туполева.

Конструкторам ОКБ поручалось на основе опытного беспилотного самолета «Ту-121» спроектировать дальний беспилотный разведчик. В отличие от исходного самолета, в соответствии с новым назначением этот аппарат должен был оборудоваться аппаратурой фото- и радиоразведки, системами привода в заданную точку и спасения полученных разведывательных материалов. Дополнительно бюро поручалось проработать возможность многоразового использования перспективного разведчика.

Постановлением Совета министров от 16 августа 1960 года задавались необычайно жесткие сроки на создание системы заводские летные испытания должны были начаться в третьем квартале 1960 года, совместные испытания — через год, а уже в 1961 году завод № 64 в Воронеже должен был выпустить 18 серийных машин.

Новый беспилотный самолет-разведчик получил по ОКБ старое обозначение: самолет «123» («Ту-123») или «ДБР-1» («Дальний беспилотный разведчик»).

При проектировании «Ту-123» и системы «Ястреб» конструкторы столкнулись с целым рядом специфических проблем.

Помимо необходимости создания высокоточной разведывательной аппаратуры, сложнейшего навигационного комплекса и эффективной парашютной посадочной системы спасения носового отсека, нужно было продумать и обеспечить автономность базирования и применения самолета в условиях, «неподготовленных в инженерном отношении», решить задачу перебазирования его элементов своим ходом на расстояние до 500 километров с сохранением боеспособности, создать ряд систем автоматической проверки бортового оборудования, разработать и проверить на практике идеологию различных этапов эксплуатации разведчика, подготовить на этой базе необходимую эксплуатационную документацию для строевых частей.

В результате на свет появился уникальный разведывательный комплекс, ставший прототипом для ракетопланов конструкции Туполева.

«Ту-123» представлял собой цельнометаллический моноплан нормальной аэродинамической схемы с треугольным крылом. Габариты: длина самолета — 27,835 метра, высота — 4,781 метра, размах крыла — 8,414 метра, взлетная масса с ускорителями — 35 610 килограммов, масса пустого — 11 450 килограммов.

Крыло «Ястреба» не имело механизации и каких-либо рулевых поверхностей, его внутренние объемы не использовались.

Снизу-сзади на консолях крыла крепились антенны аппаратуры радиоуправления. Хвостовое оперение состояло из трех цельноповоротных рулевых поверхностей, ориентированных под углом 120° друг к другу и установленных на специальных наплывах, в которых размещались электрические рулевые машинки с водяным охлаждением. Эти поверхности управляли самолетом по трем каналам.

Фюзеляж типа монокок изготавливался из шести секций.

Носовая часть массой 2800 килограммов выполнялась спасаемой на парашютной системе. Она соединялась с хвостовой частью четырьмя пневмозамками. В ней размещалась разведывательная аппаратура, система кондиционирования, часть агрегатов воздушной системы, электро- и радиооборудование, четыре опоры шасси и основной посадочный парашют.

Для обеспечения доступа к этому оборудованию носовая часть имела два эксплуатационных разъема. Она хранилась и транспортировалась отдельно, в специальном закрытом полуприцепе с необходимым для разведаппаратуры микроклиматом, а при подготовке к полету с помощью подъемного крана пристыковывалась к самолету.

В неспасаемой хвостовой части фюзеляжа находились силовая установка, топливные баки, автопилот, агрегаты воздушной системы, энергоузел и тормозной парашют.

Маршевый турбореактивный двигатель «КР-15» (короткоресурсный вариант двигателя «Р-15Б») имел нерегулируемое эжекторное сопло и работал на форсажном режиме на протяжении всего полета, развивая тягу в 10 тонн. На нижней поверхности хвостовой части располагался нерегулируемый сверхзвуковой воздухозаборник с неподвижным полуконусом.

Для обеспечения устойчивой работы двигателя на дозвуковых скоростях к обечайке воздухозаборника снаружи пристыковывался специальный коллектор в форме полукольца, который при достижении околозвуковых скоростей отстреливался. Одновременно с маршевым турбореактивным двигателем на начальном этапе полета работали два твердо топливных ускорителя тягой по 75 тонн, установленные под крылом у бортов фюзеляжа. Оканчивалась хвостовая часть эжекторным соплом. Сверху был установлен контейнер с тормозным парашютом, снизу — подфюзеляжный гребень.

Предполетная подготовка и запуск «Ястреба» производились на стартовой установке «СУРД-1», которая могла буксироваться тягачом «МАЗ-537». Перед пуском выполнялись предусмотренные проверки бортовых систем и в автопилот вводилась заранее рассчитанная программа полета. Самолет поднимался в стартовое положение под углом 12° к горизонту.

Включался маршевый двигатель и выводился на максимальный, затем на форсажный режим работы. Самолет при этом удерживался на установке единственным специальным болтом.

Далее командир стартового расчета производил пуск. Одновременно срабатывали оба пороховых ускорителя, и аппарат, срезая спецболт, сходил с установки. Через несколько секунд после старта отработавшие ускорители отстреливались.

Далее разведчик летел в автоматическом режиме.

На завершающем этапе полета самолет управлялся, как правило, в ручном режиме, с помощью бортовых и наземных радиотехнических средств. Это позволяло точнее вывести аппарат в район посадки. Над выбранным местом подавались радиокоманды на выключение маршевого двигателя, слив остатков топлива, перевод «Ястреба» в набор высоты для гашения скорости и выпуск тормозного парашюта. После этого производилось отделение от самолета носовой части, выпуск ее посадочных опор и основного парашюта, обеспечивающих безопасное приземление этого отсека.