Уже в марте 1956 г Минсудпром и Минавиапром направили в ЦК КПСС предложения о создании самолета-снаряда с дальностью полета 1100-1300 км и скоростью 1800-2000 км/ч. При дальнейшем согласовании требования к новому оружию существенно изменились Правительственным постановлением от 19 апреля 1956 г задавалась разработка самолета-снаряда П-20 со скоростью 2000-2500 км/ч, предназначенного для доставки на дальность 1100-1300 км с точностью ±3 км термоядерного заряда, аналогичного примененному на королевской Р-7 Самолет-снаряд должен был комплектоваться астроинерциальной системой управления -Сокол-А» разработки СКБ-303 главного конструктора С Ф Фармаковского. Изделие следовало в 1959 г. предъявить на испытания с подводной лодки пр. П-627А, эскизный проект которой ОКБ -143 поручалось представить к концу 1956 г В дальнейшем, постановлением от 20 августа 1957 г. максимальная скорость была увеличена до 2750-3000 км/ч при высоте полета 22- 24 км, дальность – до 2500-3000 км.
Для достижения столь высоких характеристик использовались основные технические решения, в основном аналогичные реализованным в межконтинентальных крылатых ракетах «Буря» и «Буран».
Самолет-снаряд скомпоновали по самолетной схеме с треугольным крылом и крестовидным оперением Длина фюзеляжа составляла 21 м при диаметре 2 м, размах крыла – 7,25 м. Стабилизатор выполнили цельноповоротным крыло – складывающимся Воздухозаборник лобовой с центральным телом, в котором размещались боевая часть и элементы системы управления Сами конструкторы были сторонниками подфюзеляжного воздухозаборника по типу П-5, но ЦАГИ категорически отказывался подтвердить его работоспособность на скоростях, в 2,5-3 раза превышающих звуковую Правда другую рекомендацию ЦАГИ, настаивавшего на применении не треугольного а более проверенного стреловидного крыла, Ильюшин проигнорировал В качестве силовой установки использовали турбореактивный двигатель.
Скорость П-20 была несколько меньше чем у лавочкинской и мясищевской машин, что позволило в качестве маршевого вместо экзотического прямоточного двигателя применить обычный турбореактивный ВК-15Б с тягой 15 6 т. Стартовые двигатели – два твердотопливных ПРД-39 с тягой по 200-240 т, развиваемой в течение 1,65 с. Относительно умеренные скорости полета допускали использование традиционных материалов в конструкции планера самолета-снаряда Однако даже этот диапазон скоростей примерно вдвое превышал уровень, достигнутый пилотируемыми самолетами к середине 1950-х гг. Возникли затруднения с продувками моделей в аэродинамических трубах на больших сверхзвуковых скоростях. Поэтому для подтверждения расчетных материалов провели большой объем экспериментальных работ, в том числе и ранее не выполнявшихся.
В частности, из артиллерийских орудий с использованием отделяемых металлических поддонов выстреливались модели самолета-снаряда, заключенные в деревянные оболочки После выхода из ствола оболочки разделялись на половины и отбрасывались, поддон отделялся, а модель продолжала полет наподобие подкалиберного снаряда Мишенями служили несколько последовательно расставленных деревянных рам с натянутой на них бумагой, снабженной проводными датчиками За щитами находилась песочная насыпь, улавливающая модели В ходе опытов удавалось определить устойчивость полета, углы атаки, а по падению скорости – величину продольных и поперечных аэродинамических сил.
Далее перешли к сбросу с самолетов более крупных изделии весом до 200 кг. После отделения от носителя на высоте 11 км включался установленный на модели твердотопливный двигатель, за 3 с разгонявший ее до скорости, втрое превышавшей звуковую.
Вершиной наземной отработки П-20 стали бросовые испытания полноразмерного макета П-20 с натурными твердотопливными ускорителями на подмосковном полигоне Фаустово. выполненные в объеме двух пусков начиная с декабря 1959 г.
Параллельно с отработкой самолета- снаряда активно велось проектирование предназначенных для его применения кораблей-носителей. Исключалось использование в качестве базы для создания опытового корабля одной из существующих или проектируемых дизельэлектрических подводных лодок: они были слишком миниатюрны для П-20 Только строившиеся, а в особенности проектировавшиеся атомные подводные лодки могли вывести на океанские просторы столь громоздкое оружие. Боевая подводная лодка создавалась по специальному новому проекту 653, а для отработки самолета-снаряда предусматривался корабль пр. П-627А, создаваемый на базе первой серийной атомной подводной лодки пр. 627А.
Как и для П-10, для П-20 предусматривался надводный старт со специальной пусковой установки на которую самолет- снаряд выдвигался на лафете из контейнера в процессе предстартовой подготовки. Далее для проведения старта самолета-снаряда пусковая установка понималась на угол 16 Общее время пребывания лодки в надводном положении не должно было превысить 6,5 мин, все операции осуществлялись дистанционно в автоматизированном режиме
Первоначально задуманная как минимальная модернизация хорошо освоенной лодки пр. 627А, создававшаяся под руководством В.Н. Перегудова, а после его ухода на пенсию в 1959 г Г.Я Светаева ПЛ пр. П-627А постепенно превратилась в существенно отличавшийся от нее корабль Следует отметить, что по водоизмещению контейнер длиной 25 и диаметром 4,6 м превышал подводную лодку типа М военного времени. Естественно, он был многократно тяжелее размещенного в нем самолета-снаряда весом 30 т. Такую дополнительную нагрузку не мог скомпенсировать отказ от большей части торпедного вооружения число аппаратов нормального калибра 533 мм сократили вдвое исключили запасные торпеды, установив два аппарата для стрельбы 400-мм торпедами и имитаторами Большую часть корабельной аппаратуры ракетного комплекса разместили в центральном посту, для чего перенесли в первые два отсека часть штатного оборудования пр 627А. Кроме того, контейнер находился высоко над ватерлинией, и для обеспечения остойчивости ширину лодки увеличили с 7,9 до 9.2 м и загрузили 200 т твердого балласта. Водоизмещение возросло на 480 т, достигнув 4014 т, при этом запас плавучести возрос с 30,5 до 40%.
