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蘇聯對核動力巡航導彈的開發是從研發核動力飛機起步的。20世紀50年代，“米亞西謝夫”實驗工廠開發了M-60核動力戰略轟炸機。該型機是在M-50噴氣式戰略轟炸機的基礎上研制而成。飛機長度為58.7米，翼展為25.1米，應裝備四個發動機。

M-50戰略轟炸機

按計劃核發動機的結構要足夠緊湊，以使其熱區可以容納在傳統的噴氣發動機殼體內。核裝置能夠產生高達22.5噸的牽引力。飛機借助常規發動機起飛，然后啟動核動力裝置并關閉噴氣式發動機。由于攜載核裝置，蘇聯核動力飛機的航程不低于25 000千米，飛機可以每小時3.2千米的速度飛行。1960年，由于已經有攜載核彈頭的洲際彈道導彈裝備部隊，因此M-60項目被停止。

M-60核動力飛機

在發展M-60轟炸機的同時，蘇聯的圖波列夫設計局也以圖-95戰略轟炸機為基礎研制了核動力飛機，并且為此改裝了圖-95LAL型試驗機，其攜載的核反應堆主要用于檢驗飛機的輻射屏蔽系統和設計。蘇聯在該項目框架內研制了圖-119和后來的圖-120核動力飛機，但都沒有進行實體機的建造。主要原因是機體內部的核反應堆能夠產生巨大的對外輻射，機上的機組人員需要對輻射進行防護。這樣機身需要加裝多層防輻射層，包括氧化鈹、鎘、固體石蠟、鉛和鋼板。這些防護層十分沉重，受核動力發動機動力的限制，飛機載重量大大減小，甚至無法起飛。

M-60核動力飛機試驗樣機三視圖

為解決機組人員輻射防護問題，“圖波列夫”設計局于1960年開始在圖-123無人偵察機基礎上發展核動力無人機。圖-123是在圖-121、圖-124無人攻擊機基礎上發展的遠程無人偵察機，長25米，重28噸，使用一臺R-15-300渦噴發動機。使用核動力的圖-123保留了原型機的尺寸，但將原型機的R-15-300渦噴發動機和其燃料艙換裝核動力渦噴發動機，以獲得幾乎無限的續航力和射程。而原裝載在無人機頭部的照相機和偵察設備，則被一個熱核彈頭取代。該項目與美國的“冥王星”項目一樣也存在產生大量輻射的困境。因此，圖-123核動力無人機在上世紀60年代中期以后也不得不停止。