Работы в ОКБ начались несколько позже по постановлению правительства от 26 марта 1956 года, и ввиду абсолютной новизны задания, чтобы сделать первые шаги в понимании атомных технологий, предлагалось сначала на самом большом самолете — Ту-95 — разместить в бомбоотсеке небольшой ядерный реактор, не связанный с двигателями. Экспериментальный самолет получил название «ЛАЛ» (Ту-95ЛАЛ) — летающая атомная лаборатория.
Схема реактора, предполагаемого к установке на самолет, должна была учитывать условия размещения, то есть иметь минимальные габариты и вес, а также защиту экипажа от всех видов излучения. Требовался и стенд для наземных исследований.
Макетирование установки реактора на самолетДля размещения на ЛАЛ воспользовались созданным ранее в курчатовском институте экспериментальным водо-водяным реактором (ВВР), где вода использовалась и как замедлитель нейтронов, и как теплоноситель. Причем применялась двухступенчатая схема охлаждения. Первый контур (под защитой): реактор — водо-водяной промежуточный теплообменник (ПТ). Второй контур. ПТ — наружный (в потоке воздуха) теплообменник. Двойной контур охлаждения был нужен, поскольку обеспечить высокую степень очистки воды было достаточно трудно, а посторонние примеси в воде после прохождения горячей зоны реактора становились радиоактивными.
С целью ускорения работ и выяснения возможных неприятностей в этом абсолютно новом для ОКБ, да и для физиков ядерщиков деле в 1958 году был создан наземный испытательный стенд — копия самолетного отсека с ядерным реактором ВВР. Этот стенд начиная с 1959 года испытывался на Семипалатинском полигоне.
После получения положительных результатов стендовых испытаний начались летные испытания на ЛАЛ.
Задачей летного эксперимента было определение возможностей сосуществования экипажа с реактором в полете. Было понятно, что внутри самолета, непосредственно между атомным реактором и кабиной должна быть установлена надежная защита. Однако было совершенно неясно, как будет воздействовать на экипаж излучение, переотраженное воздухом со всех сторон самолета, и нужна ли круговая защита экипажа со значительным увеличением веса. Для проведения исследований в защитных стенках реактора были сделаны закрывающиеся шторками окошки. При их открытии в полете замерялись переотраженные как гамма-излучение, так и нейтронные потоки.
С мая по август 1961 года было выполнено 34 полета с «холодным» и работающим реактором. Полученные результаты позволили определить величины переотраженного излучения на разных высотах, и это обнадеживало в плане разработки полномасштабного самолета.
Эксплуатация Ту-95ЛАЛ обеспечивалась следующим образом. Реактор с системой защиты устанавливался на платформу, которая аналогично системе подвески бомб поднималась в бомбоотсек самолета, и там проводилась стыковка самолетных систем с реактором.
На основании наземных экспериментов и летных испытаний стало возможным с 1965 года приступить к проектированию непосредственно самолета Ту-119.
Проработка нового самолета в объеме предэскизного проектирования велась под руководством Г. И. Зальцмана, заместителя Сергея Михайловича. На совещании у Туполева на вопрос, какой объем будет занимать радиационная защита полноразмерного реактора, атомщики ответили, что примерно с небольшой дом. Андрей Николаевич пояснил, что «дом на своих самолетах мы еще не возили» и поэтому компоновать защиту реактора «будем сами». В результате проект биологической защиты реактора оказался достаточно компактным, что поразило физиков курчатовского института, не привыкших к жестким габаритным и весовым ограничениям.
Тяжелую защиту от гамма-излучений разместили возможно ближе к реактору, легкую — от нейтронного излучения скомпоновали с внешней стороны.
Первоначально предполагалось, что на Ту-119 будут установлены два двигателя НК-14А и два двигателя НК-12М для возможности продолжения полета при отказе ЯСУ.
Для эксплуатации рассматривался вариант, когда после посадки самолет Ту-119 заруливает на бетонированную площадку; экипаж открывает створки бомбоотсека и опускает реактор в специально подготовленную под самолетом яму, имеющую защитные стенки и крышку. Далее самолет перекатывали на другую стоянку.
В 70-е годы изменилась концепция самолета с ЯСУ. Теперь его предполагалось делать в интересах противолодочной обороны, что уже не требовало чрезмерной продолжительности и дальности полета. Оставались еще и нерешенные технические вопросы, вопросы эксплуатации на земле, где предполагались роботизированные системы, и т. д. И, наконец, существовал самый главный вопрос — что делать, если самолет потерпит аварию? Не приведет ли его падение к ядерному взрыву со всеми вытекающими отсюда последствиями?
В конце 60-х годов работы по проекту Ту-119 были прекращены. Однако была показана принципиальная возможность применения на самолете ядерной энергетики, намечены пути решения этой задачи.
Значимой вехой в деятельности ОКБ стала работа над самолетом Ту-128. Этому предшествовал ряд событий. Сергей Михайлович отдыхал в Пицунде. С ним вместе лежали на пляже уже упоминавшийся ранее Магдесиев, начальник теоретического отдела КБ-1, занимавшегося мощными ракетными комплексами ПВО, и Лившиц — начальник отдела аэродинамики у Лавочкина, разрабатывавшего в то время беспилотный самолет — носитель ракет. Инженеры в то время не умели отдыхать, «отключаться» от работы, и речь зашла о тяжелой пилотируемой платформе для ракет ПВО. По возвращении из отпуска отец рассказал содержание разговора Туполеву. Туполев хмыкнул и ничего не ответил.
15 апреля 1952 года осуществил свой первый полет новый американский стратегический бомбардировщик В-52. Самолет проектировался сразу как носитель ядерного оружия. Пресса широко рекламировала его возможности — донести ядерные бомбы и ракеты до любого объекта Советского Союза. Угроза стала очевидной, а развязанная «холодная война» не вызывала сомнений в реальности такой угрозы.
В марте 1953 года умер Сталин, и ориентироваться во вновь создавшейся ситуации пришлось Н. С. Хрущеву. Военные доложили ему, что от угрозы ядерного нападения США на Советский Союз ПВО СССР может обезопасить лишь направления на Москву и Ленинград. Вокруг этих городов построено кольцо зенитных ракетных комплексов, а истребители-перехватчики с имеющихся аэродромов базирования из-за малой дальности полета и отсутствия предварительного оповещения не успевают выйти на рубежи перехвата до пуска с самолета В-52 крылатых ракет с ядерными боеголовками. Хрущев устроил страшный разнос и спросил, почему к работам по ПВО не привлечен Туполев. Туполеву доложили, и он был очень удручен, поскольку истребительной тематикой ОКБ не занималось.
