В начале 1960-х годов советским вооруженным силам потребовался новый авиационно-ракетный комплекс для борьбы с воздушными целями, летящими в диапазоне высот от 500 до 23 000 м со скоростью от 500 до 3000 км/ч. Решить эту задачу можно было лишь путем создания соответствующей ракеты класса «воздух—воздух» и самолета-носителя с мощным радиолокационным прицелом.
К концу 1950-х возможности схемы истребителя-перехватчика с лобовым воздухозаборным устройством были практически исчерпаны, и ее венцом стал самолет-истребитель авиации ПВО Су-11, оснащенный управляемыми ракетами Р-8М. Увеличение дальности обнаружения целей и их сопровождения бортовой РЛС неразрывно связано с ее мощностью и диаметром «зеркала» антенны, размещение которой требовало создания фактически нового самолета. Но на рубеже 1960-х годов существовал запрет правительства на создание новых боевых самолетов, разрешалась лишь модернизация существующей авиатехники.
Тогда, в соответствии с февральским 1962 года постановлением правительства, под видом модернизации началась разработка нового авиационного комплекса перехвата Су-11-8М1, состоявшего из самолета-носителя Т-58Д и двух ракет К-8М1.
В комплексе Су-11-8М1 предусмотрели обеспечение значительных преимуществ в боевом применении. По сравнению с предшественником он должен был поражать цели в передней полусфере, в расширенном диапазоне высот, иметь повышенную надежность силовой установки и других систем самолета.
На новом самолете БРЛС «Орел-Д» разместили не в центральном теле лобового воздухозаборника, а в носовой части фюзеляжа, расположив воздухозаборники двигателей по его бокам. На пусковых устройствах под крылом разместили две ракеты К-8М1, доработанные для стрельбы в передней полусфере. Силовая установка включала два турбореактивных двигателя Р11Ф2-300.
В таком виде первый летный (аэродинамический), одновременно предназначавшийся и для статических прочностных испытаний, экземпляр самолета Т-58Д-1, пилотируемый лет-чиком-испытателем В.С.Ильюшиным, взлетел 30 мая 1962 года. Через год на испытания передали второй экземпляр опытной машины с системой вооружения, включавшей БРЛС «Орел-Д58». На первом самолете по результатам летных испытаний увеличили площадь вертикального оперения, контейнер тормозного парашюта перенесли в основание киля и усилили шасси.
Третий экземпляр перехватчика взлетел в 1963 году и был передан в НИИ ВВС для совместных государственных испытаний. Председателем государственной комиссии назначили Е.Я.Савицкого. До 1964 года на трех самолетах выполнили свыше 250 полетов, показавших более высокую надежность Т-58Д по сравнению с Су-11.
По результатам совместных с заказчиком испытаний на всех трех опытных экземплярах Т-58Д изменили профиль крыла, обводы средней части фюзеляжа и носового обтекателя БРЛС, усилили стабилизатор, кабину доработали под катапультное кресло КС-4, обновили оборудование.
Самолет еще испытывался, а на заводе в Новосибирске началась подготовка к его серийному производству. Причем из 470 готовых изделий, использовавшихся на Су-11, в новом перехватчике применили 379 и до 6000 деталей, выполненных на заводе.
С целью подготовки производства и обеспечения начала серийного выпуска самолета с 1965 года по предложению Министерства обороны на заводе № 153 в Новосибирске в 1964 году построили две машины.
После завершения государственных испытаний, в 1965 году комплекс приняли на вооружение под обозначением Су-15-98, а НАТО присвоило ему кодовое название Flagon. Первый серийный Су-15 был поднят в воздух летчиком-испытателем ОКБ С.В.Ильюшиным в 1966-м, и в следующем году перехватчик впервые продемонстрировали широкой общественности на воздушном параде в аэропорту Домодедово. Тогда же зрители увидели и его первую модификацию—летающую лабораторию Т58ВД, оснащенную подъемными двигателями РД36-35 и предназначавшуюся для отработки самолета Т-6-1 — прототипа будущего фронтового бомбардировщика Су-24.
Первой же серийной модификацией перехватчика стал учебно-тренировочный двухместный Су-15УТ без бортовой РЛС и вооружения, созданный в 1968 г.
На Су-15 сохранилось многолонжеронное треугольное крыло стреловидностью 60° по передней кромке. Для увеличения подъемной силы на взлетно-посадочных режимах полета на крыле разместили поворотные закрылки с углом отклонения на опытных машинах до 25°. На серийных самолетах Су-15 угол отклонения закрылков на посадке увеличили до 45° и для их безотрывного обтекания ввели систему управления пограничным слоем за счет подачи на верхнюю поверхность закрылка воздуха, отбираемого от компрессоров двигателей. Начиная с 11-й серии на Су-15 устанавливали доработанное крыло с увеличенной площадью концевых частей и с изломом по его передней кромке. Это нововведение улучшило взлетно-посадочные характеристики машины.
Всепогодный истребитель-перехватчик Су-15ТМ:
1— ПВД-7; 2—радиопрозрачный обтекатель БРЛС «Тайфун-М»; 3 — крышки эксплуатационных люков отсека БРЛС; 4 — козырек фонаря: 5—рукоятка ручного открытия фонаря; 6- — перископ; 7 — подвижная часть фонаря кабины; 8—воздухозаборник охлаждения двигательного отсека: 9— форкиль; 10 руль направления; 11 —радиопрозрачный обтекатель антенно-фидерной системы «Пион»; 12—створки отсека тормозного парашюта; 13,22,32 и 37—антенны системы гос-опознавания; 14—основное колесо КТ-61/3 (880×230 мм); 15—створка ниши основной опоры шасси; 16 — створка основного колеса; 17 — тяга створки; 18 — носовое колесо КН9 620×180 мм; 19— крышка эксплуатационного люка БРЭО; 20 створка ниши носовой опоры шасси; 21 —радиоантенна системы наведения «Лазурь»; 23 -флюгарка датчика скольжения; 24 — серьга; 25 амортизационная стойка; 26 — траверса; 27—гидроцилипдр уборки (выпуска) основной опоры шасси; 28 — рычаг подвески колеса; 29 — флюгарка указателя угла атаки; 30 — ненаправленная антенна радиокомпаса АРК-10; З 1 -регулируемый воздухозаборник; 33 —закрылок; 34 цельноповоротный стабилизатор; 35 — противофлаттерный груз; 36,92- разрядник статического электричества; 38 радиопрозрачная панель рамочной антенны АРК-10; 39—антенны антенно-фидерной системы «Пион»; 40 — аэродинамическая перегородка; 41—авиационное пусковое устройство АПУ-60-1; 42 — авиационное пусковое устройство ПУ-2-8; 43 — балка колес; 44 — шлиц-шарнир; 45,46—звенья складывающегося подкоса; 47—замок убранного положения шасси; 48 — задняя створка пиши; 49 — гяга задней створки; 50—гидроцилиндр управления колесами передней опоры шасси; 51—амортизатор; 52 — ось подвески амортизатора; 53 — гидроцилиндр подъемника; 54 — валик управления колесами передней опоры; 55 — механизм управления колесами; 56 -шина заземления; 57—локализатор авиапушки ГІІ1-23Л; 58—выходное отверстие гильзоотвода; 59—узел крепления контейнера; 60 задний упор контейнера; 61 —задний обтекатель контейнера с патронным ящиком; 62 -левая панель приборной доски; 63 — контрольное табло шасси, закрылков и тормозных щитков; 64—кран шасси; 65 — пульт управления БРЛС «Тайфун-М»; 66 — пульт выбора рода вооружения; 67—указат ель авиагоризонта; 68—пульт управления автопилотом; 69— колиматорный визир К-10Т; 70 — индикатор БРЛС; 71 —акселерометр; 72 — аварийное табло; 73 — информационные табло; 74 — правая панель приборной доски; 75—двухстрелочный термометр выхлопных газов 2ТВГ-4; 76 — центральная панель приборной доски; 77 — белая полоса; 78—авиационные часы АЧС-1; 79—аварийный кран шасси; 80 —балочный держатель БДЗ-57М; 81 — управляемая ракета класса «воздух воздух» с тепловой головкой самонаведения средней дальности Р-98Т; 82—управляемая ракета класса «воздух — воздух» с тепловой головкой самонаведения малой дальности Р-60; 83—управляемая ракета класса «воздух—воздух» с полуактивной радиолокационной головкой самонаведения средней дальности Р-98Р; 84—600-литровый подвесной топливный бак; 85 — передний обтекатель контейнера; 86—ПВД-7; 87—тяга элерона; 88—тяга закрылка; 89 — тормозной щиток; 90 — фитинги стыковки носовой и хвостовой частей фюзеляжа; 91— элерон; 93—радиопрозрачный обтекатель антенны радиостанции Р-802В; 94 — радиопрозрачная панель антенны системы ближней навигации; 95 — шомпольный стык панелей клина воздухозаборника
Фюзеляж—полумонокок, технологически делился на носовую и хвостовую части, причем разъем между ними служил для замены двигателей. В носовой части под коническим обтекателем (с 8-й серии его форму изменили на оживальную) располагались радиолокационная станция, герметичная кабина пилота вентиляционного типа, воздухозаборное устройство и часть оборудования. В хвостовой части находились топливные баки, двигатели, тормозные щитки, парашют и прочее оборудование.
Силовая установка включала два двигателя Р11Ф2С-300 тягой на форсажном режиме по 6200 кгс, а на последних сериях—Р13-300 тягой по 6600 кгс. Топливо объемом 8060 л размещалось в трех фюзеляжных, двух крыльевых и двух подвесных баках.
Шасси — трехопорное с носовым колесом. Передняя стойка с самоориентирующимся тормозным колесом размерами 660×200 мм убиралась в фюзеляж по полету, а основные опоры снабжались тормозными колесами размерами 880×230 мм, убиравшимися в крыльевые ниши в направлении к оси самолета.
В состав оборудования, кроме РЛС, входили, в частности: радиостанция Р-802, автоматический радиокомпас АРК-10, маркерный радиоприемник МРП-56, аппаратура опознавания СОД-57 и СРЗО-2М, наведения — «Лазурь».
Вооружение сначала включало две ракеты Р-8М или Р-98 класса «воздух—воздух» с радиолокационной и тепловой ГСН, размещавшиеся на пусковых устройствах ПУ-1-8. Начиная с 1970 года его дополнили ракеты ближнего боя Р-60 с тепловой ГСН, устанавливавшиеся как на новые, так и на находившиеся в эксплуатации самолеты. Пуск Р-60 осуществлялся по звуковой сигнализации, но она, по свидетельству летчика Н.В.Миронова из 636-го иап, оставшегося в Украине, «легко» уходила на Солнце. Р-8 можно было пускать после загорания лампочки, сигнализирующей о захвате цели.