После окончания испытаний РЛС началась отработка в составе вооружения МиГ-21ПФ системы К-51, которая включала в себя собственно РЛС РП-21, управляемые ракеты PC-2-УС (К-5МС). Для этого 16 августа 1962 г. на самолете № 76210101 провели установку и пристрелку гондол с фотопулеметом (ФКП) С-13 – 100, С-13 – 300 и ПАУ-471 для регистрации параметров пусков ракет.
По результатам государственных испытаний, проведенных в период с 20 ноября 1962 г. по 3 сентября 1963-го, система вооружения К-51 была рекомендована для установки на самолете МиГ-21ПФ в качестве варианта, обеспечивающего возможность боевого применения истребителя-перехватчика в сложных метеоусловиях и расширяющего боевые возможности в простых метеоусловиях. Кроме того, в пределах визуальной видимости прицел ПКИ-1 обеспечивал прицеливание и пуск ракет РС-2-УС в режиме «закрепленного луча» станции РП-21.
В серии система вооружения К-51 стала устанавливаться с МиГ-2 ШФ № 76211701, а также на машине № 76211615
[914].
Установка нового оборудования вызвала полную перекомпоновку многих отсеков самолета. Кроме того, конструкторами ОКБ-21 было разработано более 140 тем по конструктивно-технологическим усовершенствованиям, направленным на дальнейшее повышение эксплуатационной надежности и технических качеств самолета МиГ-2ШФ
[915]. Отделом № 3 (ОКБ-21) совместно с цехом 50 проверялась на дальность работа связной станции «Дуб-5» и навигационной станции АРК-10 («Золотая стрелка», как ее называли летчики) на самолете МиГ-2ШФ. Работа над экспериментами на земле и в воздухе продолжалась долго и кропотливо. Определялось место расположения антенны на самолете, ее формы и размеры. В наземной отработке принимали участие инженеры В.А. Иткин, В.А. Веселов, А. Боков, в бригаде работали также Б.Н. Приказчиков и АИ. Чернядьев. Летные испытания проводили летчики-испытатели А.Х. Пантюхин, М.Н. Элькинбард, Л.И. Миненко, А.К. Рогатнев
[916].
Одним из направлений по совершенствованию самолета стало улучшение его взлетно-посадочных характеристик.
В дополнение к ранее оборудованному и прошедшему государственные испытания самолету Е-6В/2, системами укороченного взлета и посадки был оснащен серийный МиГ-21ПФ № 76210103, который вслед за машиной № 76210101 прибыл в распоряжение ОКБ-155. На нем также установили новый двигатель Р-11Ф2С-300 (изделие «37Ф2С») с тягой на форсаже в 6175 кгс, имеющий канал отбора воздуха для системы сдува пограничного слоя (СПС), выходящей в щели перед закрылком. Система СПС обеспечивала уменьшение посадочной скорости самолета за счет возрастания подъемной силы крыла, достигаемого увеличением эффективности закрылка, с которого сдувается пограничный слой. Было изменено и расположение тормозного парашюта, который теперь стал помещаться в основании киля над хвостовым обтекателем сопла двигателя. Это позволило вместо парашюта ПТ-6152 – 59 площадью 16 кв. м установить парашют ПТ-5282 – 62 площадью 18 кв. м. Появилась возможность производить выпуск парашюта не при касании земли колесами, как это было при нижнем расположении, а на выравнивании при приближении колес к земле на расстояние 0,5 – 1м.
Самолет был переоборудован и прошел заводские и государственные испытания в первом полугодии 1962 года. Применение сдува пограничного слоя с закрылков и парашютно-тормозной системы увеличенной площади позволило сократить длину пробега в среднем до 480 м, а посадочную скорость до 240 км/ч. Для сокращения длины разбега была предусмотрена установка двух стартовых ускорителей СПРД-99 с тягой по 2500 кгс каждый. Модернизированный таким образом самолет под обозначением МиГ-21ПФС (Е-7СПС, тип 94) был запущен в серию
[917]. Силуэт машины изменился еще один раз. Площадь киля была увеличена для повышения запаса путевой устойчивости самолета (с самолета № 941001). Самолеты с системой СПС отличались обтекателем привода управления закрылками, установленного на полуразмахе закрылка и имевшего довольно большой размер
[918].
В процессе производства МиГ-21ПФС постоянно совершенствовались. Так, с самолета № 940912 устанавливалось переднее колесо КТ-102 с шинами типоразмера 500х180А и более эффективной тормозной системой.
Еще одним серьезным нововведением было внедрение катапультного кресла СК-3 (КМ-1) и фонаря с неподвижным козырьком и открытием створки на правую сторону, которые устанавливались с машины № 941221 до № 941314.
Отказ от использования системы катапультирования с защитой летчика фонарем был вызван катастрофой истребителя Е-50/3. 8 августа 1957 г. при его облете летчиком-испытателем ГК НИИ ВВС Н.А. Коровиным произошел взрыв ЖРД С-155. Летчик катапультировался, но нештатно сработала система спасения, и он погиб. Чтобы исключить возможность повторения таких катастроф, в ОКБ-155 было разработано катапультируемое кресло СК-3 (КМ-1). Оно обеспечивало спасение летчика с нулевой отметки высоты при скоростях от 130 км/ч на разбеге и до 1200 км/час в горизонтальном полете
[919].
В полете кресло обеспечивает надежную фиксацию летчика и необходимые условия для пользования всеми органами управления самолетом. Примененные в конструкции кресла глубокий заголовник, ограничители разброса рук, система фиксации летчика в кресле и комплект высотного снаряжения надежно обеспечивают защиту летчика от воздушного потока.
Катапультирование производится вытягиванием летчиком сдвоенной ручки управления, расположенной на передней стенке чашки кресла (под ногами), после чего все системы кресла срабатывают автоматически, вплоть до ввода в действие спасательного парашюта, чем обеспечивается высокая надежность спасения летчика при своевременном приведении катапульты в действие
[920].
Вместе с креслом КМ-1 был установлен новый комплект кислородного оборудования ККО-5, а снаряжение летчика для высотных полетов состояло теперь из высотно-компенсирующего костюма ВКК-6, гермошлема ГШ-6 (или защитного шлема ЗШ-3 с кислородной маской КМ-32М) и вентилируемого костюма ВК-3
[921].
Внедрение в производство кресла КМ-1 занимает в истории Горьковского авиазавода особое место.
Для изготовления кресла на заводе на базе фонарной мастерской был создан специальный цех 54, начальником которого был назначен И.С. Силаев
[922]. Дела у цеха в период освоения кресла шли очень трудно. Работа требовала исключительной точности и высокой квалификации специалистов. Цех же комплектовался вновь приходящими на завод рабочими, не имеющими должной квалификации и опыта.
