Второй серийный Су-15ТМ №03-03 во время Госиспытаний. Владимировка, 1972 г.
К середине декабря 1968 г. в ОКБ Сухого двумя опытными двигателями Р-13-300 оснастили Су-15 №07-11. Его заводские испытания закончили в марте 1969 г. Затем машину перебазировали во Владимирову. где до июля провели Государственные испытания, включавшие 53 полета Выяснилось, что потолок, время разгона, дальность полета, рубежи перехвата и длина разбега Су-15 с новой силовой установкой улучшились.
С ноября 1969 г. по февраль 1970 г. Ильюшин провел на Су-15 №07-11 дополнительную летную программу по исследованию газодинамической устойчивости Р-13-300. С декабря к программе подключили принадлежавший ЛИИ самолет №11-37- один из первых серийных Су-15. оборудованных Р-13-300 В ходе полетов на обеих машинах были обнаружены самопроизвольные остановы двигателей на больших числах М при работе двигателя на II форсаже. Оказалось, что воздухозаборники Су-15 не обеспечивали для новых двигателей поступления достаточного количества воздуха. Чтобы ликвидировать опасное явление, следовало увеличить проходное сечение входного устройства, но для серийного производства в то время это было неприемлемо. Поэтому на Су-15 с Р-13-300 решили использовать только режим форсажа. обеспечивающий вполне достаточное улучшение характеристик самолета.
Су-15 создавался как -ракетный- перехватчик. но военных практически всегда интересовало оснащение его пушечным вооружением. Вначале в качество бортовой артиллерии предусматривалось использовать одну подвесную гондолу ГП-9. включавшую двуствольную пушку ГШ-23 Тульского КБП (главные конструкторы – В. П. Грязев и А. Г. Шипунов). После цикла испытаний было признано, что ГП-9 может применяться на перехватчике В 1970 г. в Новосибирске выпустили 10 машин 12-й серии, оборудованных для подвески ГТ1-9. но поставка гондол о части, вооруженные Су-15. так и не состоялась. К тому времени военные окончательно определились в своих пристрастиях. В качестве штатного артиллерийского вооружение Су-15 теперь рассматривался универсальный пушечный контейнер УПК-23-250. Он оснащался той же пушкой ГШ-23. но 8 отличие от ГП-9 был легкосьемным и включал больший боезапас (250 патронов вместо 200). Под фюзеляжем перехватчика вместо ПТБ можно было подвесить два таких контейнера. Для испытаний был выделен самолет №11-42, который в марте-сентябре 1971 г. прошел ГСИ. Хотя из-за использования для прицеливания штатного визира К-10Т точность стрельбы оказалась далеко не блестящей. УПК-23-250 был рекомендован в качестве вооружения Су-15 для борьбы как с воздушными, так и наземными целями. Серийное производство исходного Су-15 тогда уже завершилось. и дооборудование этих перехватчиков производилось в строю.
В 1968-69 гг Су-15 пытались оснастить встроенной пушкой. Для этого в корме правого полукрыло собирались создать специальный отсек. В качестве оружия рассматривалось экспериментальное «изделие 225П» разработки КБ точного машиностроения. Это было достаточно компактная скорострельная пушка калибром 23 мм барабанного типа, но разместить в корневой части крыла ее боекомплект оказалось очень сложно, и от этого оружия пришлось отказаться.
Предпринимались серьезные меры по усилению ракетного вооружения перехватчика. Так, после принятия на вооружение Су-15ТМ исходный Су-15 решили доработать для применения ракет Р-98М. предназначенных для работы с РЛС «Тайфун». Переоборудование было выполнено на Су-15 № 14-01. который в 1975 г. успешно прошел программу специальных испытаний. К началу 1970-х гг. в ОКБ "Молния" была создана высокоманевренная ракета ближнего боя Р-60. и ВВС решили узаконить ее в качестве «личного» оружия всех истребителей. Испытав Р-60 на Су-15ТМ. решили оснастить ею и "старшего брата". После успешных испытаний и 1978-79 гг. на строевом Су-15 №06 27 ракета получила законную прописку в арсенале перехватчика. и при выполнении ремонтов до работку прошел весь парк Су-15.
"Спарки" Су-15УТ и Су-15УБ
Предварительные проработки по двухместному варианту Су-15 были выполнены о 1961-62 гг Однако работы приостановили в связи с загруженностью КБ другими заданиями, и освоение Су-15 в строю, как это часто бывало в СССР, происходило без «спарки». Официально создание учебного варианта Су-15 было задано только 30 апреля 1965 г отдельным пунктом уже упоминавшегося Постановления правительства о принятии комплекса перехвата на вооружение. Согласно приказу МАП от 20 мая 1965 г. строить 3 опытных экземпляра (2 летных и один прочностной) предстояло в Новосибирске. Новая модификация получила заводской шифр У-58. Ее нужно было передать на ГСИ во 2-м квартале 1967 г.
В течение 1965 г. в ОКБ провели практически полный цикл работ по проектированию двухместного учебно-боевого самолета (УБС). В октябре прошли защита эскизного проекта и макетная комиссия. "Спарка" предназначалась для обучения и тренировки летного состава пилотированию и боевому применению Су-15 в полном объеме. поэтому ее собирались оснастить полным комплектом оборудования и обеспечить ЛТХ. близкие к данным исходного перехватчика. Конструктивные изменения по сравнению с одноместным самолетом включали: организацию второй кабины для летчика-инструктора за счет удлинения фюзеляжа на 450 мм и уменьшения переднего топливного бака; применение новою фонаря обеих кабин, сдвоенного управления и двойного комплекта приборов; доработку ряда систем. Для обеспечения инструктору обзоре на взлете и посадке открывающуюся часть фонаря над второй кабиной решили оснастить выдвижным перископом. На "спарке" предполагалось установить оборудование, которое больше соответствовало БРЭО модернизированного Су-15. в т. ч. систему вооружения в составе ракет Р-98 и перспективной РЛС "Коршун-58". являвшейся развитием "Орла".