Ту-22Р, разрабатывавшийся по теме "Сибирь-2", стал первой модификацией сверхзвукового бомбардировщика. Разведчик Ту-22Р и его последующие варианты предназначались, прежде всего, для ведения радиотехнической и фоторазведки в оперативной глубине противника, а также на море днем и ночью, в простых и сложных метеоусловиях.
Бортовое оборудование позволяло вести радиотехнический поиск РЛС с использованием аппаратуры "Ромб-4А" и "Роза”, радиолокационную разведку местности — с помощью бортовой РЛС "Рубин" и фотографирование изображения на экране приставкой "ФАРМ". В отсеке боевой нагрузки размещались в различных комбинациях аэрофотоаппараты АФА-40, АФА-41, АФА-42, укомплектованные объективами с фокусным расстоянием 20, 75 и 100 мм, а так же камера для ночной съемки НАФА-МК-75.
Испытания Ту-22Р начались 24 июля 1961 года на самолете № 1040034 (бортовой № 13), переоборудованном из бомбардировщика. Выполнив пять полетов в Казани, экипаж летчика-испытателя Е. Горюнова 28 апреля 1961 года перелетел в Жуковский на летно-испытательную и доводочную базу ОКБ-156 (ЛИиДБ). После доработок и установки экспериментального оборудования самолет выполнил шесть тренировочных полетов перед воздушным парадом в Тушино и лишь с 24 июля начались испытательные полеты по программе. Старшим ведущим инженером по испытаниям был О.Г. Ефимов. Спустя менее трех месяцев, 10 октября, произошло ЧП. При наземной гонке двигателей разрушилась турбина левого двигателя, а возникший пожар фактически уничтожил машину. К этому времени самолет успел соверши ть 24 полета.
Испытания продолжили на машине № 2050051 (в документах ее часто называли № 501), также переоборудованной из бомбардировщика. 26 февраля 1962 года этот самолет, выполнив семь полетов в Казани, перегнали в Жуковский на ЛИиДБ ОКБ-156, где и продолжили испытания. Испытания проводили летчики Е. Горюнов и Н.И. Горяйнов. Первый этап совместных с заказчиком испытаний завершился 23 марта, после чего разведчик передали в НИИ ВВС. К этому времени были достигнуты (при полетном весе 57500 кг) максимальная скорость 1465 км/ч на высоте 11000 м, что соответствовало числу М=1,38, а на бесфорсажном режиме работы двигателей (максимале) — 1022 км/ч, что соответствовало числу М = 0,963. Вертикальная скорость, зафиксированная у земли, была 18,6 м/с, а время набора высоты 10 км — 15 мин.
К концу года из сборочного цеха завода № 22 выкатили пять разведчиков. Несмотря на новое назначение Ту-22Р сохранил за собой возможность применяться в качестве бомбардировщика. Самолет мог загружаться бомбами калибра до 9000 кг и наносить бомбовые удары с любых высот днем и ночью, в простых и сложных метеоусловиях. Для этого требовалось лишь заменить разведывательное оборудование в отсеке боевой нагрузки на бомбардировочное. На первых сериях сохранили кормовую стрелковую установку.
На самолете сохранилась РЛС “Рубин-1 А” и оптический прицел ОПБ-15. Для индивидуальной защиты при прорыве через систему ПВО противника Ту-22Р оснащались устройствами постановки пассивных помех КДС-16 и кассетами АСО-2И, размещавшимися в гондолах основных опор шасси. Впоследствии, на некоторых машинах устанавливались вместо кормовой стрелковой установки ДК-20С станции активных помех СПС- 151/152/153. Разведчик мог использоваться и в качестве самолета радиоэлектронной борьбы. Для этого необходимо было лишь оснастить его соответствующим съемным оборудованием.
11 ноября 1961 года министр П.В. Дементьев писал в ЦК КПСС: “Ту-22 имеет более широкое использование и применение, чем В-58, на котором не предусмотрено ракетное вооружение. Производство этого самолета в настоящее время прекращено из-за высокой стоимости, сложности эксплуатации и большого количества аварий и катастроф, в том числе из-за перевертывания в воздухе при отказе одного из крайних двигателей.
По самолету Ту-22 предусматривается улучшение летно-технических характеристик путем замены ВД-7М на РД-7М2". Чужие дефекты мы знали лучше чем свои. А катастрофы Ту-22 продолжались.
В 1965 году при выполнении испытательного полета в районе озера Баскунчак погибли летчик В. Черно-Иванов и радист Пузатов. Летчик катапультировался на слишком малой высоте и его парашют не успел наполниться. Штурману В.И.Царегородцеву повезло больше всех — он остался жив. В том полете предстояло определить параметры демпфирования самолета при введении в систему управления искусственных параметров, моделировавших внешнее воздействие. По всей видимости, произошла раскачка машины с превышением расчетной перегрузки.
Год спустя произошла еще одна катастрофа и снова с экипажем НИИ ВВС. Во время испытательного полета сорвался с двигателя электрогенератор. Из поврежденного им топливопровода керосин попал на двигатель и загорелся. Пожар привел к разрушению тяги управляемого стабилизатора. Самолет, находившийся над ВПП, взмыл вверх и рухнул на землю, унеся жизни летчика В.И. Корчагина, штурмана Г.И. Пронина и радиста А.А. Сальникова. Надо отметить, ч то незадолго до этого, на таком же самолете лопнул топливопровод, вызвав пожар правого двигателя. Тогда экипажу летчика* испытателя В. Иванова удалось спасти машину.
В 1965 году на машине № 7 установили двигатели РД-7М2 с тягой, возросшей до 16500 кгс, одновременно применили элерон-закрылки и упругую подвеску шасси.
Система управления, и без того вызывавшая много нареканий ВВС, еще больше осложнилась. Теперь элероны работали лишь на дозвуковых скоростях, а при переходе на сверхзвук отключались, и их функцию выполняли внешние секции закрылков. Это техническое решение позволило исключить реверс элеронов и расширить диапазон скоростей поле та. Одновременно удалось увеличить критическую скорость флаттера крыла и снять с его законцовок грузы.
Как ужо отмечалось, дальность Ту-22 оказалась ниже заданной, увеличить же ее можно было лишь путем дозаправки топлива в полете. В начале 1960-х годов процедура дозаправки бомбардировщиков Ту-95 и ЗМ была достаточно хорошо освоена строевыми экипажами, поэтому установка на Ту-22 устройства аналогичного назначения ни у кого не встретила возражений. В 1962 году устройствами дозаправки в полете по схеме “конус" оснастили первые два серийных самолета № 801 и № 901, получивших обозначение Ту-22РД. Буква Д в этих индексах обозначала наличие системы дозаправки. Дозаправка в ходе испытаний осуществлялась от танкера М-4. В 1966 году для этой цели доработали в танкер Ту-16, получиший индекс "Н".
Летные испытания Ту-22РД шли очень тяжело, это была не работа, а мучение. Чтобы отработать методику дозаправки, военным летчикам-испытателям потребовалось свыше 60-*ш полетов. Первые полеты выполнил Ю.В. Сухов, а заканчивал программу Герой Советского Союза Е.А. Климов, совершивший 45 “стыковок". В его активе числится и один из самых продолжительных испытательных полетов на Ту-22РД через Северный полюс — с двумя дозаправками его экипаж находился в воздухе 9 часов 48 минут. Почти три года продолжались испытания Ту-22РД и в 1965-м началось его серийное производство. Одновременно подверглись доработке все ранее выпущенные машины.
Освоение дозаправки военными летчиками проходило не менее трудно и по требовало не 'только повышения их летного мастерства, по и постоянных тренировок. Один из полетов во время госиспытаний едва не кончился летным происшествием. При выпуске шланга с танкера не включилась топливная система, наполнявшая шланг горючим. Лишенный “жесткости", он болтался в воздушном потоке, как веревка. Дело кончилось обрывом заправочного конуса, пролетевшего в опасной близости от силовой установки заправляемого самолета, пилотировавшегося летчиком-испытателем Ю.В. Суховым.
Вот как описывает процесс дозаправки журнал "Авиация и время". Перед ее началом Ту-22, летевший на высоте 5000-8000 м со скоростью 600 км/ч, пристраивался справа сзади на дистанции 50 м от танкера Ту-16. Затем он отставал, и, когда расстояние между самолетами увеличивалось до 150 м, летчик начинал прицеливание на заправочный конус. Стремясь лучше выполнить маневр, пилот часто непроизвольно увеличивал тягу двигателей и скорость сближения. Последние восемь-десять метров самолет летел буквально "на нервах" летчика, перед глазами которого стремительно разрасталось темное пятно конуса. Если командиру не хватало внимания и выдержки, контакт не удавался, и самолет проскакивал вперед. Чтобы не столкнуться с танкером, приходилось энергично уходить вправо-вниз. Затем все повторялось сначала. Неопытным летчикам не хватало даже 400— 450 км маршрута, чтобы выполнить дозаправку, а некоторые не справлялись с этой задачей вообще.
В 1970-е годы в нежинском полку иод руководством В.Л. Константинова разработали более эффективную методику дозаправки. Из правого пеленга заправляемый самолет переходил в строй кильватера так, чтобы его нос занимал положение рядом с конусом правее, примерно, на пять метров. Летчик выравнивал скорость и постепенно уменьшал боковое расстояние до полутора-двух метров. Зафиксировав эго положение, он радировал командиру танкера: "Иду на контакт!". Увеличив обороты двигателей, пилот заправляемого Ту-22 переводил машину в легкое правое скольжение и оказывался прямо перед конусом. После "выстрела" штанги начинался перелив топлива. Особым "шиком" считалось осуществление контакта с конусом без выдвижения штанги, используя только РУДы.
Серийные Ту-22РД комплектовались двигателями РД-7М2 с увеличенной тягой. Максимальная скорость последней модификации возросла до 1640 км/ч, достигнув заданной постановлением Совмина величины.
Самолеты Ту-22Р и Ту-22РД, оснащенные аппаратурой радиотехнической разведки "Куб", получили обозначение Ту-22РДК и Ту-22РК.
На рубеже 1970-1980-х годов началась разработка (тема "Профиль") модификации Ту-22РДМ с применением съемного контейнера с разведывательным оборудованием, включавшим станции общей радиотехнической ("Тангаж") и инфракрасной ("Осень") разведок, РЛС бокового обзора "Шомпол" и сменный комплект фотоаппаратуры для дневного и ночного фотографирования. Кормовую стрелковую установку заменили станцией активных помех СПС-151.
Данная модификация предназначалась для ведения тепловой, радиолокационной, радиотехнической и аэрофоторазведки на сухопутных и морских ТВД. В окончательном виде самолеты оснащались станцией СРС-13с для автоматической разведки наземных и корабельных РЛС с импульсным излучением и вскрытия радиотехнической обстановки противника. Инфракрасная аппаратура "7р" предназначалась как для поиска источников теплового излучения, так и для получения тепловых карт местности во всем диапазоне высот, начиная с 200 м. РЛС "Шомпол'’ использовалась для получения радиолокационного изображения местности, различных объектов, боевой техники, коммуникаций, выделения движущихся целей и их координат. Все ранее выпущенные самолеты Ту-22РД подвергли аналогичной модернизации, присвоив им обозначение Ту-22РДМ.