Среди других усовершенствований Королев предлагал также сделать реактивную модификацию бомбардировщика Петлякова «Пе-3», превратив его в высотный истребитель. На «Пе-3» он планировал поставить два реактивных двигателя, чтобы получить от них тягу в 600 килограммов. При этом «Пе-3» приобретал дальность полета около 1000 километров и высокие летные качества.

«В этом случае, — писал С. П. Королев в феврале 1944 года, — Пе-3 на участке догона противника по максимальной скорости становится на уровень новейших истребителей. Значительное увеличение скороподъемности и одновременно высоты боевого применения позволит с успехом использовать Пе-3 для уничтожения самолетов противника, идущих на большой высоте. Запас реактивного топлива на Пе-3 обеспечивает последнему выполнение ряда новых тактических задач».

Перед тем как осуществить идею превращения бомбардировщика «Пе-3» в истребитель, Сергей Павлович проверил ее на самолете «Пе-2» с моторами «М-82». Среди документов военных лет хранится полный расчет высотного истребителя на базе бомбардировщика за счет добавления двух ракетных двигателей. Схема его действия описывалась Королевым так:

«Самолет поднимается на бензиновых моторах до высоты 9000-11000 метров и совершает горизонтальный полет. При обнаружении летящего выше противника летчик переводит поршневые моторы на режим полного газа, включает реактивные двигатели РД-Д на полную тягу и в короткое время набирает нужную высоту. Далее, если необходимо догнать самолет противника, то дальнейший полет по горизонтали на «площадке» происходит при полной тяге РД-1 (на Н = 15000 м и V_max = 785 км/час). Если же нужно продержаться на большой высоте, то это происходит на минимально потребной тяге и крейсерских режимах (V=500–660 км/час)».

Цифры, названные Королевым, не могли не поразить воображение: высота полета 15 километров (!), скорость — 785 км/ч. И это в то время, когда у лучшего истребителя Третьего рейха максимальная скорость на высоте 5 километров составляла 584 км/ч, а у нашего «Як-3» — 648 км/ч. А практический потолок бомбардировщиков тех лет был всего 7 километров,

И эта модификация была продумана и просчитана Королевым до деталей. Что же предусматривал этот проект? На «Пе-2» устанавливались два дополнительных турбокомпрессора, чтобы повышать давление воздуха, поступающего в моторы в условиях разряжения на большой высоте. Кабины штурмана и летчика заменялись одной герметической кабиной. Самолет максимально облегчался, снимались бомбовая нагрузка, часть горючего, оборудования и вооружения. Экипаж сокращался с трех человек до одного. Летчику-истребителю оставлялись две пушки калибром 20 миллиметров, располагавшиеся пол бомбовым отсеком. На самолете монтировалась мощная реактивная установка с двумя ЖРД и запасом реактивного топлива в 2100 килограммов.

Сама реактивная установка состояла из двух однокамерных ракетных двигателей, специальных приводов для вращения насосных агрегатов, кислотной и керосиновой систем и системы дренажирования, пусковой и электрической систем.

Сергей Павлович рассчитал два варианта размещения камер сгорания и автоматики для управления их работой. Первый вариант уже был опробован в полетах на первом самолете «Пе-2РУ». По этому варианту агрегаты «РД-1» устанавливались в хвосте. По второму варианту камера сгорания и автоматика помещались в задней части мотогондол. В этом случае получалась меньше длина кислотных трубопроводов высокого давления. Да и все оборудование размещалось более компактно, доступ к нему был прост и удобен. Но эта схема еще нуждалась в проверке.

«Расчетные данные, — писал Королев, — не дают основания предполагать возникновение в этом случае каких-либо нежелательных явлений, и при подтверждении экспериментом схема будет принята к осуществлению».