12 января 1942 г. В. М. Петлякову надо было быть в Москве по служебным делам. На аэродроме у него состоялся разговор с С. А. Шестаковым, который, как бы предчувствуя трагедию, не рекомендовал Владимиру Михайловичу лететь на попутном штурмовике. Самолет упал около города Арзамаса, и В. М. Петляков погиб. Проститься с ним приехал из далекого сибирского города его наставник и друг А. Н. Туполев.
На самолете Петлякова Пе-2 были проведены опыты по улучшению летно-тактических характеристик с помощью установки дополнительного ракетного двигателя. Интересно в связи с этим вспомнить историю разработки и применения на самолетах жидкостно-ракетных двигателей. В мае 1929 г. по предложению В. П. Глушко в газодинамической лаборатории, подчиненной начальнику вооружений РККА, организуется подразделение по разработке твердотопливных и жидкостных ракетных двигателей. Вначале была разработана методика расчета двигателей и создана аппаратура для измерения характеристик двигателя при стендовых испытаниях. Помимо выбора методики расчета двигателей заданного типа важной проблемой являлся выбор топлива, определяющего "лицо" двигателя и ракеты. Было предложено несколько вариантов компонентов топлива, и в 1930 - 1931 гг. прошел испытания один из созданных двигателей - ОРМ-1 с тягой 20 кгс, который работал на кислородно-бензиновом топливе. В течение двух-трех лет велись работы по определению оптимальных размеров, геометрии, степени расширения сопла, изыскивались надежные способы его охлаждения и предпринималось многое другое для создания образцов, пригодных к многократным запускам.
Проведенные работы позволили создать вспомогательные жидкостно-ракетные двигатели, которые использовались для улучшения летно-технических характеристик боевых самолетов того времени. Эти двигатели имели регулируемую тягу, насосную подачу азотно-кислотно-керосинового топлива, химическое зажигание и возможное в пределах ресурса число повторных пусков.
Главным конструктором реактивной установки для самолета Пе-2 был С. П. Королев. Он сделал первые наброски, начальные прикидки размещения реактивных установок на этом самолете. Несколькими линиями была обозначена схема бомбардировщика - фюзеляж, крыло с двумя моторами под ним, двухкилевое оперение. Камеры сгорания и сопло, откуда истекают горячие газы, в целях безопасности размещались в хвосте, а самая тяжелая часть системы - бака с кислотой, которую предполагалось брать на борт сотнями килограммов, - в средней части фюзеляжа, чтобы не нарушилась центровка самолета. Для подачи топлива в камеру сгорания предполагалось использовать привод от двигателя самолета. Во всем остальном реактивная установка была автономной и работала независимо от самолетных систем. Для введения реактивной установки на самолете предполагалось осуществить минимальные переделки, чтобы не ухудшить его аэродинамических характеристик. 27 января 1943 г. С. П. Королев как главный конструктор утвердил аэродинамический расчет будущего бомбардировщика с дополнительной реактивной установкой. Согласно этому расчету для РУ-1, как назвал установку Сергей Павлович, требовалось 90 кг топлива в минуту, а его запас в 900 кг, имевшийся на борту, обеспечивал работу в течение 10 мин. За счет реактивной тяги скорость самолета Пе-2 на высоте 7000 м возрастала на 108 км/ч за 80 - 100 с. Высоту полета с этой дополнительной силовой установкой также можно было увеличить, так как для работы реактивной установки не требовался воздух, необходимый для обычного поршневого двигателя. Реактивная установка могла использоваться и для сокращения разбега самолета, который уменьшался на 70 м.
Окончательный расчет самолета с реактивной установкой РУ-1 был утвержден 24 мая 1943 г. Во введении к этому расчету Сергей Павлович Королев писал, что РУ-1 является совершенно новым техническим агрегатом, впервые осуществленным на самолете для испытания и отработки реактивного двигателя в летных условиях.
В том же году на одном из авиационных заводов был изготовлен самолет с этой установкой. Экипаж самолета состоял из трех человек: летчика, инженера-экспериментатора (вместо штурмана обычного боевого самолета) и еще одного инженера вместо стрелка-радиста. Для проведения испытаний была назначена комиссия. В ее состав входили В. П. Глушко и создатель реактивной установки С. П. Королев. Пилотировал самолет-бомбардировщик Пе-2 с РУ-1 на борту Г. А. Васильченко.
Летные испытания предусматривали выполнение широкой программы, которая достигала 110 полетов, из них 29 полетов проводилось с включенной реактивной установкой, 87 полетов выполнялось для отработки зажигания. Это объяснялось тем, что вначале пусковая смесь зажигалась с помощью электрической свечи накаливания, работавшей неустойчиво, особенно на больших высотах, и В. П. Глушко разработал систему химического зажигания (ХЗ) двигателя, который получил название РД-1ХЗ. Была разработана инструкция, предусматривающая операции, необходимые при подготовке самолета с реактивной установкой к запуску, запуск, контроль за работой и необходимые предосторожности, так как двигатель работал на азотной кислоте и тракторном керосине, а запуск его осуществлялся с помощью воздуха, насыщенного парами эфира. Горящая эфировоздушная смесь заполняла весь объем камеры и выходила в виде языка пламени из сопла. Пламя получалось мощным, устойчивым и имело золотистую окраску. Это пламя и должно было зажигать топливо,
Именно эту систему и доводили в дальнейших полетах. В отчете по испытаниям отмечалось, что двигатель работает надежно на земле и в воздухе. Указывалось также, что он допускает повторные включения, число которых зависит от запаса пусковой самовоспламеняющейся жидкости.
Испытания этой принципиально новой силовой установки в период зарождения реактивной авиации заняли два года. Первый полет с включенной реактивной установкой Пе-2 совершил 1 октября 1943 г. Установка в полете была включена в течение 2 мин, а скорость самолета увеличилась на 92 км/ч. Через день самолет вновь взлетел в воздух, установка работала в течение 3 мин. 4 октября 1943 г. самолет с включенной реактивной установкой шесть раз взлетал с бетонной полосы. При этом производились замеры взлетной дистанции и длины разбега самолета. В качестве инженера-испытателя, включавшего и выключавшего установку, в полетах принимал участие Сергей Павлович Королев. По результатам испытаний было составлено заключение, в котором предлагалось предъявить реактивную установку с двигателями РД-1ХЗ на самолете Пе-2 № 15/185 на испытания по согласованной программе.
Имелся также вариант оснащения серийного самолета Пе-2 реактивной установкой, размещенной в задней части гондол поршневых двигателей. В этом случае уменьшалась длина кислородных трубопроводов высокого давления и вся компоновка становилась более простой и доступной для проверки и осмотра. Кислотные баки предполагалось размещать в отсеке центроплана, баки имели аварийный слив. Предусматривалась установка шести баков для 1750 кг кислоты и бака для 350 кг керосина, размещавшегося в носовой части фюзеляжа. Масса такого самолета составила бы 9325 кг, т. е. была близкой к массе самолета-бомбардировщика того периода.
По замыслу С. П. Королева, машине поднималась до высоты 9 - 10 тыс. м и совершала горизонтальный полет при работе поршневых двигателей. Обнаружив противника, летчик должен был перевести поршневые моторы на режим полного газа, включить реактивные двигатели на полного тягу и в короткое время набрать нужную высоту, затем полет мог происходить при полной тяге на высоте 15000 м и максимальной скорости до 785 км/ч. Самолет Пе-2 превращался в реактивный. В начале 1944 г. это не могло не поразить воображения, так как у лучшего истребителя фашистской Германии максимальная скорость на высоте 5000 м составляла 584 км/ч.
На самолете Пе-2 в этом случае необходимо было установить два дополнительных компрессора для повышения давления воздуха, поступающего в поршневые двигатели в условиях разреженной атмосферы на большой высоте, а кабины летчика и штурмана заменить одной герметической кабиной. Экипаж сокращался до двух человек, самолет максимально облегчался и должен был иметь реактивную установку, состоящую из двух однокамерных ракетных двигателей.