По новому облику конструкции ракеты было разработано дополнение к эскизному проекту. К моменту его разработки уже был проведен значительный объем наземной экспериментальной отработки, в том числе огневые стендовые испытания маршевых двигателей, разработанных КБ «Южное» и НПО «Искра».
Бортовая инерциальная система управления ракеты, предназначенной для БЖРК, разработанная НПО АП, с цифровой вычислительной машиной в основном была аналогична системе управления ракеты для стационарного старта. В ней были приняты специальные меры защиты от поражающих факторов ядерного взрыва при реализации ответного удара. Бортовая аппаратура была размещена в контейнерах, один из которых после выполнения своих функций сбрасывался в начале полета 3-й ступени. Часть приборов системы управления в стационарном комплексе размещалась на транспортно-пусковом контейнере, а в комплексе БЖРК и пункте управления пусковых модулей.
Сложные и весьма специфические вопросы пришлось решать специалистам НПО АП. Например, масса и моменты инерции управляющего органа — головного отсека были несоизмеримы с традиционными, что в сочетании с реально достижимой жесткостью карданного узла обусловило его низкую собственную частоту.
Принимая во внимание сложность динамической схемы ракеты и системы стабилизации, в КБ «Южное» был спроектирован, изготовлен в «Южном машиностроительном заводе» и поставлен в Москву в НПО АП уникальный нагрузочный стенд для проведения функциональных испытаний отклонения головного отсека (ФИ-24), в котором был установлен штатный карданный узел с массово-инерционным имитатором головного отсека, штатными рулевыми машинками и пневматическим имитатором шарнирных моментов. Эти испытания с реальной аппаратурой системы управления проходили в КБ «Южное» и НПО АП. Надо сказать, что зрелище работы стенда, когда имитатор головной части ракеты, размером с небольшой автобус, с огромной скоростью перекладывался из положения в положение, было очень сильным. Казалось, ходуном ходит все здание, где он был установлен.
Оснащение ракеты в зависимости от планируемой дальности и необходимости применения средств преодоления ПРО могло включать до 10 боевых блоков. Их характеристики были близки к американским боевым блокам аналогичного класса.
После отделения боевой ступени жидкостная двигательная установка 15Д264 выводила ступень в заданную точку пространства, где ЖРД малой тяги разворачивали боевую ступень платформой вперед и, соответственно, отделяющимся боевым блоком назад. В нужный момент, после срабатывания пиропатронов крепления происходило безимпульсное отделение боевого блока. После отделения боевого блока ЖРД малой тяги отводили ступень в сторону и разворачивали ступень платформой назад для запуска ЖРД большой тяги, который выводил ступень в точку отделения следующего боевого блока. Процедура повторялась для каждого боевого блока.
Близкая схема разведения боевых блоков использовалась и в тяжелых МБР РС-20, разработанных также КБ «Южное». Этот столь нетрадиционный способ отделения полезной нагрузки вызывал большое удивление владельцев космических аппаратов, запускавшихся позднее на ракете-носителе «Днепр», представлявшей собой доработанные ракеты РС-20. Но точность выведения космических аппаратов была очень высокой, и все к этой схеме быстро привыкли.
Перечисленные выше технические решения были внедрены на этапе разработки эскизного проекта БЖРК с ракетой 15Ж52. Унификация ракет 15Ж44 и 15Ж52 составляла 92%. Однако имелись и серьезные отличия ракет.
Разница была в конструкции наконечников обтекателя ракеты. Для ракеты со стационарным стартом 15Ж44, требующей большей стойкости, ведь ей бы пришлось при ответном или ответно-встречном ударе проходить через облако разнообразных твердых частиц, он был сделан складным из двух прочных половинок — полуконусов. Они схлопывались сразу после выхода ракеты из ТПК. Считалось, что для БЖРК воздействия будут не такими сильными и у ракеты, предназначенной для него, наконечник обтекателя был выполнен более легким, надувным. Металлическая плоская гофрированная вставка на носовой части обтекателя после выхода ракеты из ТПК под действием внутреннего давления, создаваемого специальным аккумулятором давления, в полёте распрямлялась, приобретая вид конуса вращения. Это сокращало длину ракеты, что было очень важным с точки зрения ее размещения в стартовом вагоне. Отсутствовало и многофункциональное покрытие на боковой поверхности второй ступени ракеты для БЖРК.
Отличались схемно-конструктивные решения и по системе управления и системе прицеливания. Отличалась и конструкция ТПК, ведь условия нахождения в нем ракеты у стационарного и железнодорожного стартов были радикально другими. Часть оборудования, размещавшегося в стационарном комплексе на корпусе ТПК, в железнодорожном была вынесена в вагоны.
Эскизный проект по БЖРК с ракетой 15Ж52, разработанной на базе технических решений по ракете 15Ж44, был выпущен в июле 1980 г.
В ходе работ по БЖРК придавалось большое значение обеспечению надежности ракеты и комплекса в целом при длительной эксплуатации. Опыта эксплуатации крупногабаритных твердотопливных ракет в таких условиях не было.
Для проверки было необходимо провести испытания для начала в стендовых условиях в составе пускового модуля. Но таких крупногабаритных стендов в СССР ни у кого не было. Удалось найти производителя за рубежом. Но для закупки стенда нужна была валюта. А получить ее в СССР было сложно. Пришлось долго ходить по многим кабинетам Минобщемаша СССР и Минфина СССР, выбивая средства. В результате стенд для транспортировочных испытаний приобрели и установили в КБ «Южное» в 1986 г. На нем проводились испытания реального пускового вагона с загруженным в него макетом ракеты для БЖРК. Испытания шли в течение почти двух лет в круглосуточном режиме, был проимитирован пробег в 300 тыс. км. Замечаний по ракете не было.
Железнодорожное базирование позволяло надеяться на выживание комплекса и использовании его в качестве оружия ответного удара. Обнаружить и выделить БЖРК в те годы для оптической космический разведки США было чрезвычайно сложной задачей. Тем более, что значительная часть территории, где мог курсировать БЖРК, была большую часть времени накрыта облаками. Системы всепогодных радиолокационных разведывательных аппаратов появились спустя много лет. Возможности агентурной разведки были еще ограниченнее. Ведь надо было не только зафиксировать проход БЖРК через какое-либо место железнодорожных путей, но и угадать, куда и с какой скоростью он дальше передвинулся, а главное, в реальном масштабе времени передать это целеуказание в командный пункт вероятного противника. К моменту создания БЖРК протяженность железнодорожной сети СССР составляла около 140 тыс. км.
Генеральный конструктор ГКБ «Южное» В.Ф. Уткин считал: «Нужно много «Першингов» (американские ракеты средней дальности, размещенные в то время в Европе), чтобы уничтожить ракетный поезд. Это схватка не один на один, как при шахтном варианте, а соотношение совсем иное. А потому это, конечно же, уникальный боевой комплекс. Американцы тоже хотели сделать нечто подобное, но их остановили, во-первых, частные железные дороги и, во-вторых, отсутствие разветвленной железнодорожной сети. Вспомним, они пережили трудные времена с железнодорожным транспортом, и лидерство захватили авиация и автотранспорт. Ну а наша страна настолько огромная, что затеряться на наших железных дорогах с нашими поездами легко, а следовательно, для потенциального противника задача поиска таких ракетных комплексов усложняется, что и требуется».
К сожалению, несмотря на все меры, принимаемые разработчиками ракеты, требуемые ее характеристики достигнуть не удавалось. На ракетах 15Ж44 и 15Ж52 не получалось обеспечить заданную максимальную дальность при пусках с полной комплектацией головной части. Это смогли сделать только позднее, в комплексах РТ-23УТТХ.
