Однако как раз в этот период отечественные конструкторы танков столкнулись с отсутствием подходящего двигателя: в производстве на предприятиях Минтрансмаша находились только дизельные двигатели В-54, В-55 и В-12 мощностью 520...680 л.с. - надежные и доведенные силовые установки семейства все того же В-2, обладавшего далеко не безграничными возможностями форсирования. Помимо требований к высокой мощности танковых моторов были заданы удельная литровая мощность, экономичность, диапазон рабочих оборотов и, в определенной мере, внешняя характеристика. Танкостроители жестко ограничили массу, объем и особенно высоту перспективного двигателя, обуславливавшие габариты будущих боевых машин. 

Нельзя сказать, что ведущими моторостроительными КБ не уделялось должного внимания созданию более мощных двигателей. Еще в конце 40-х годов отечественные конструкторы работали над проектами мощных быстроходных силовых установок, включая дизели с высоким наддувом, с тяговой газовой турбиной и т. п., однако разработку некоторых из них пришлось прекратить из-за неразрешимости возникших технических проблем, а другие работы в 1952 г. закрыли волевым решением руководства ввиду "избыточности" заложенных характеристик, для которых, как заявлялось, "не найдется применения". Прошло немного времени, и "директивно закрытая" проблема возникла вновь. 

К 1953 г. были сформулированы основные тактико-технические требования к танковым силовым установкам нового поколения. Внимание танкостроителей привлек дизель оригинальной схемы, разрабатывавшийся в ЦИАМ под руководством доктора технических наук профессора А.Д. Чаромского - известного конструктора авиационных моторов марки "АЧ", строившихся в 1942-1946 гг. на подмосковном заводе Й 500. После войны знаменитый дизелист и лауреат Сталинской премии I степени оказался не у дел и занимался теоретическими и опытно-конструкторскими работами в ЦИАМ. Его новый проект двигателя отличался от классических конструкций, удивляя и привлекая не только высокими удельными характеристиками, но и небывалой компактностью. Вместо привычной V-образной или оппозитной компоновки с одним поршнем в цилиндре (казалось бы, а как иначе?) новинка Чаромского имела по два поршня в каждом цилиндре, разделенных камерой сгорания. Нельзя сказать, что эта схема не предлагалась ранее, однако Чаромскому удалось создать вполне работоспособный образец мощного двухтактного быстроходного турбопоршневого дизеля (для повышения мощности мотор был оборудован компрессором и турбиной с механическим приводом от коленвала). Машина получилась очень компактной, "плоской" с рядным расположением цилиндров, из-за чего ее фамильярно именовали "чемоданом", а саму компоновку характеризовали как "два горшка" в одной "трубе". Опытный одноцилиндровый отсек такого двигателя У-305 уже работал на стенде в ЦИАМ. 

Однако принять проект в том виде, в каком он разрабатывался, при всей его привлекательности по мощностным и весовым показателям не представлялось возможным. Мотор все же создавался для авиационного применения, где требовалась винтовая внешняя характеристика, в то время как "танкистам" была необходима прогрессивная, с расчетом на высокую приемистость и приспособляемость, частые выходы на предельную нагрузку и почти постоянно на переменных режимах. К тому же авиационный мотор не удовлетворял требованиям, предъявляемым к танковой силовой установке и по компоновочным соображениям - габаритам, "обвязке" к соединениям. С учетом этих оговорок в 1954 г. А.Д. Чаромский, возглавивший группу конструкторов-дизелистов харьковского завода транспортного машиностроения Й 75, разработал проект танкового турбодизеля 4ТД, рассчитанного на достижение мощности 580...600 л.с. 

Наименование 4ТД двигатель получил по количеству цилиндров - 4, в которых находились по два поршня размерностью 120/120х2 со встречным движением. Цилиндры располагались горизонтально, обеспечивая минимальную высоту силовой установки и, соответственно, моторно-трансмиссионного отделения, что, в конечном счете, благоприятно сказывалось и на общей высоте и заметности самого танка. Высота двигателя получалась менее 700 мм, что полностью соответствовало требованиям военных и была заметно меньшей по срвнению с V-образным В-2 и его "родственниками". Частота вращения 4ТД составляла 3000 об/мин, компрессор и турбина механически соединялись с коленвалом, продувка была прямоточной. К другим конструктивным особенностям относились индивидуальные топливные насосы и поршни, с учетом высоких тепловых нагрузок выполненные составными - легкий алюминиевый корпус с накладкой из жаропрочной стали и жаровым стальным кольцом. 

Опробование одноцилиндровых отсеков будущего дизеля и испытания на безмоторных стендах обнаружили массу проблем. Они были связаны, в первую очередь, с напряженным температурным режимом и высокой нагруженностью узлов, являвшихся следствием самой схемы (работа камеры сгорания, приводившей в движение сразу два поршня, требовала высокотемпературного процесса и более "плотного" газового цикла). Однако не только это было причиной отказа от проекта 4ТД, так и не построенного в металле. Заводское танковое КБ "60М" во главе с А.А. Морозовым изменило требования к силовой установке, которым 4ТД перестал удовлетворять. На смену первоначальному проекту нового танка "объект 430" с дизелем 4ТД, завершенному к концу 1954 г., пришел инициативно предложенный "объект 430У", усиленный танк с крупнокалиберной пушкой и мощной бронезащитой, достигшей толщины 160 мм в лобовых листах вместо 120 мм у танка прежнего проекта. Развитие этого конструктивного направления, в конечном счете, привело к утверждению более перспективной машины, для организации работ по которой было принято постановление Совмина от 6 мая 1954 г. Й 880-524. 

Однако проектная масса нового танка составила 42 т, и ему требовалась более мощная силовая установка, причем, по опыту доводки других "объектов", высказывались пожелания о создании резерва мощности. Лучшее - враг хорошего, и на смену проекту 4ТД пришел дизель 5ТД, отличавшийся не только увеличенным до пяти числом цилиндров. Совместные совещания танкостроителей и дизелистов, проводившиеся на заводе каждый четверг, как и сложившееся между А.А. Морозовым и А.Д. Чаромским полное взаимопонимание, позволили устранить в новом проекте некоторые "нестыковки", в первую очередь - в отношении компоновки моторно-трансмиссионного отделения. Сохранив поперечное расположение мотора с двухсторонним отбором мощности и двумя планетарными бортовыми трансмиссиями, расположенными побортно по обе стороны двигателя, конструкторы сместили на освободившиеся места по бокам мотора, параллельно коробкам перемены передач, компрессор и газовую турбину, ранее в 4ТД смонтированные сверху на блоке двигателя. Новая компоновка позволила вдвое уменьшить объем МТО по сравнению с танком Т-54, причем из него были исключены такие традиционные узлы, как центральная КПП, редуктор, главный фрикцион, бортовые планетарные механизмы поворота, бортовые передачи и тормоза. Как отмечалось позднее в отчете ГБТУ, трансмиссия нового типа позволила сэкономить 750 кг массы и состояла из 150 механообработанных деталей вместо прежних 500. 

Что же касается самого двигателя 5ТД, то его общую высоту удалось уменьшить до рекордных в мировом танкостроении 581 мм. Гордясь своим достижением, создатели мотора предлагали ввести в теорию двигателестроения новый критерий оценки двигателей транспортных средств - удельную высоту h'=h/Ne, где h - высота двигателя; Ne - полезная мощность. Для дизеля 5ТД этот параметр равнялся 1 мм/л.с., а позднее при совершенствовании моторов семейства ТД был понижен почти вдвое, причем высота их не менялась, и рекордный критерий оставался недостижимым даже для лучших зарубежных образцов. 

Однако заказчика больше интересовал работоспособный образец двигателя, а не теоретические выкладки. В июне 1955 г. для развертывания широкого фронта работ на заводе было организовано КБ для создания танкового мотора 5ТД - отдел 60Б. Главным конструктором назначили профессора А.Д. Чаромского, его заместителем по КБ - Г.А. Волкова, по испытаниям - С.Г. Осетрова. Параллельно на заводе существовал отдел 1600, занимавшийся прочими работами по дизелестроению (в основном, для тепловозов); на его опытно-испытательной базе предстояло производить отладку 5ТД. Ведущим инженером по двигателю стал Л.Л. Голинец, техбюро отдела 1600 руководил Н.И. Силаков. В отдел 60Б направили также опытных дизелистов из других подразделений, включая специализировавшееся по мощным танковым моторам СКБ-2, конструкторского отдела по тяжелым дизелям 60Д и танкового отдела 60М, а также молодых специалистов по турбинам и электротехнике. 

Одной из сложнейших проблем, помимо синхронизации коленвалов, располагавшихся по бокам двигателя, стало обеспечение механической связи между компрессором и турбиной, вынесенными на противоположные торцевые стороны моторного блока. Ее осуществили путем рессорного соединения внутри кулачкового вала. Система охлаждения была выполнена без традиционного вентилятора с механическим отбором мощности, "съедающим" ее часть, а эжекционной, система воздухоочистки - инерционной вместо громоздких фильтров (частицы пыли в ней оседали в циклонах сменных кассет). Все системы обслуживания двигателя были сблокированы сверху над дизелем, образуя "второй этаж" МТО, схема которого получила наименование "двухъярусной". 

К числу других прогрессивных конструктивных идей танкового дизеля 5ТД относились также другие направленные на достижение высоких показателей решения: 

• - силовая схема со стальными анкерными связями и разгруженным алюминиевым блоком цилиндров;
• - двухсторонний отбор мощности от выпускного коленчатого вала на бортовые трансмиссии;
• - горизонтальное расположение цилиндров и "сухие картеры";
• - составные поршни с алюминиевым корпусом, жаропрочной стальной накладкой и неразрезным жаровым кольцом;
• - минимальный охлаждаемый объем камеры сгорания и устройство поршней, обеспечивающие минимальную теплоотдачу в воду и масло;
• - система наддува с комбинированной связью коленвала, компрессора и газовой турбины, обеспечивающая также хорошую приемистость и пусковые качества;
• - полуоткрытая топливная аппаратура с минимальным количеством прецизионных деталей;
• - всережимный регулятор частоты вращения, управляющий топливными насосами;
• - оснащенность компрессором высокого давления и автоматически переключающимся стартер-генератором.

Двигатель авиационного типа требовал качественно иного, на порядок более высокого, уровня технологии производства. На заводе началось освоение сложнейшего алюминиевого литья пятисекционных блоков цилиндров, корпусов компрессоров и турбин, картеров и корпусов редукторов, плит передач. Использовалось также специальное литье - под давлением (центробежное и жидкая штамповка), по выплавляемым моделям и в оболочковые формы. Для выпуска жаропрочного прецизионного литья, в первую очередь деталей турбины - лопаток и дисков ротора, был оборудован специальный участок, позднее развернутый в специализированный цех - второй в стране (первый имелся на Пермском авиационном моторостроительном заводе, откуда были прикомандированы специалисты, доставлены образцы деталей, отлитых по выплавляемым моделям, сами модели и передана технология их изготовления). 

Оценив преимущества авиационных методик, директор завода К.Д. Петухов немедленно распорядился о налаживании такого производства в Харькове. В цехе было освоено стальное прецизионное литье по выплавляемым моделям со стержнями из карбамида, применявшееся для изготовления уникальных конструкций - тонкостенных цельнолитых патрубков с внутренними аэродинамическими решетками и выходов турбин. Разработанными в Харькове технологиями тогда не владел ни один другой завод, в том числе и авиационного моторостроения. 

Не менее уникальную конструкцию имел и ротор турбины, цельносварной с диском из жаропрочного сплава ЭИ-395, валом из высоколегированной стали 30ХМА и литыми лопатками из кобальтового сплава ЛК-4. Для налаживания сварочного производства на завод прибыли специалисты ВИАМ во главе с ведущим сварщиком Люстровым. Первые сварные узлы были выпущены в 1956 г., и собранный к концу этого года образец мотора 5ТД уже имел цельносварной бандажированный ротор, обладавший высокой надежностью и отменными газодинамическими показателями. Аналогов в стране эта конструкция не имела. 

Позднее, по предложению заместителя председателя Совета Министров Л.В. Смирнова, курировавшего эти работы, началось освоение цельнолитых роторов турбины из жаропрочных сплавов, а также деталей и узлов компрессора - центробежных рабочих колес, колеса водяного насоса, лопаток и корпуса направляющего аппарата из термореактивных пластмасс типов АГ-4С и АГ-4В. Примечательно, что впоследствии технологии, разработанные харьковскими дизелистами, были использованы при создании космической техники, в том числе и в лунных спускаемых аппаратах. 

Над новым дизелем, помимо конструкторов и технологов, работали опытнейшие станочники, металлурги, сварщики и слесари-сборщики, многие из которых принимали участие еще в изготовлении первых образцов мотора В-2 в тридцатые годы, в годы войны строившие двигатели для танков на заводах Й 77 (Барнаул), Й 183 (Нижний Тагил) и Й 75 (Челябинск) и выезжавшие с ремонтными бригадами на фронт. Обычным делом тогда было, что мастеров, имевших больший стаж и опыт, чем иные руководители, заводское начальство знало по именам, а совещания по заданию, стоявшему на контроле ВПК и Министерства оборонной промышленности, начинались с отчета - как обстоят дела на участке, где заправлял работой тот или иной моторист (впрочем, тогда еще живы были традиции, по которым настоящему инженеру вменялось в привычку умение самостоятельно работать с металлом, а многие видные конструкторы имели собственный набор инструментов). 

Чрезвычайно много проблем доставило освоение выпуска составных поршней - конструкции оригинальной, легкой и даже изящной, но потребовавшей высокой точности изготовления и кропотливой доводки, ведь поршням приходилось принимать на себя колоссальные нагрузки при достигнутой высочайшей на то время удельной литровой мощности - порядка 40 л.с./л. Другим "узким местом" стала топливная аппаратура, в которой каждый топливный насос питал 4 форсунки, вмонтированные в тонкостенные гильзы цилиндров. 

В январе 1957 г. первый опытный образец танкового дизеля 5ТД был подготовлен к стендовым испытаниям. Компактная силовая установка рабочим объемом 13,5 л имела габариты 1433х955х581 мм и при заданной мощности 580 л.с. характеризовалась литровой мощностью 42,8 л.с./л, габаритной мощностью 729 л .с./м3 и удельной массой 1,8 кг/л.с. Удельный расход топлива составлял 175 г/л.с.Зч. По окончании стендовых испытаний 5ТД в том же году был передан на объектовые (ходовые) испытания в опытном танке "объект 430", а к маю 1958 г. прошел межведомственные Государственные испытания с хорошей оценкой. Примечательно, что весь цикл создания уникального изделия потребовал весьма небольшого времени - от начала предэскизного проектирования до завершения Госиспытаний прошло менее 5 лет. По этому поводу председатель Госкомиссии полковник Урусов заметил: "Такого чуда я не помню - очевидно, потому, что его никогда раньше не было и его нельзя было ожидать в такое короткое время". 

И все же дизель 5ТД в серийное производство решили не передавать. Причиной вновь стало изменение требований военных к новым танкам, в очередной раз вызвавшее необходимость роста мощности. С учетом очень высоких технико-экономических показателей двигателя 5ТД и заложенные в нем резервы (что продемонстрировали и испытания) новую силовую установку мощностью порядка 700 л.с. решили создать на его основе. КБ обязывалось немедленно приступить к проектированию и постройке опытных образцов форсированного мотора 5ТДФ. Заводу и строительным организациям, соответственно, предписывалось начать подготовку его серийного выпуска и постройку современного моторостроительного производства, не дожидаясь окончательной доводки и принятия двигателя заказчиком. Риск был велик и сравним со степенью новизны двигателя, однако решение было инициировано не только и не столько партией и правительством - сами танкостроители выступили с предложением для достижения качественного скачка создавать новый основной танк "объект 432" (будущий Т-64) с усиленным вооружением, защитой и высокими маневренными качествами, что требовало существенного роста энерговооруженности. 

Соответствующее постановление Совмина Й 141-58 было принято гораздо позднее, 17 февраля 1961 г., однако еще годом раньше на заводе прошло совещание по вопросу создания двигателя 5ТДФ. Его вел замминистра С.Н. Махонин (недавний директор завода Й 75), от КБ в совещании принимал участие назначенный главным конструктором Л.Л. Голинец, принявший дела у А.Д. Чаромского, по окончании испытаний 5ТД возвратившегося в Москву в связи с выходом на пенсию. О придаваемом заданию значении Махонин сказал следующее: "Все мы помним ту колоссальную роль, которую сыграл танк Т-34 с двигателем В-2 в победе над врагом. Мы не хотим войны и новых трагедий, но если она, не дай Бог, случится, то роль двигателя В-2 и танка Т-34 возьмут на себя создаваемый двигатель 5ТДФ и танк Т-64, и они с этим справятся". Закрывая совещание и обращаясь к заводчанам, он подытожил: "Все, что на совещании было сказано - истина. Организовать серийное производство, особенно такого двигателя, как 5ТДФ, очень сложно. Не менее сложно запустить в кратчайшее время практически новый моторостроительный завод. Это сложная организационно-техническая работа, но мы с ней справимся. Главное зависит от конструкторов - если они справятся, то будет новый двигатель и новый завод".