Во второй половине 1950-х гг. ОКБ-155 приступило к модернизации самолета-снаряда КС-1. Работы шли в двух направлениях: совершенствование системы управления и наведения и создание варианта КС, оснащенного ЖРД. 29 апреля 1957 г. вышел приказ МАП, который поручал ОКБ-283 разработку на базе новейшей самолетной радиолокационной станции "Рубин-1" новой системы управления и наведения "Рубикон" для самолетов-снарядов КС и КСР. Экспериментальный образец системы должен был быть готов в III квартале 1957 г. ОКБ А.Н. Туполева требовалось подготовить к июлю 1957 г. документацию на переоборудование самолета-носителя Ту-16КС под новую систему. В ходе проектирования филиал ОКБ-155 остановился на варианте КСР, оснащенным ЖРД, как на более перспективном.

В IV квартале 1958 г. два экземпляра самолета Ту-16 (заказ 245), оборудованных под установку системы "Рубикон" (один под КС и один под КСР), были переданы на спецполигон в Багерово для продолжения работ по новой теме. С 1 июля по 15 ноября там состоялись совместные летные испытания нового противокорабельного снаряда КСР.

В ходе испытаний с самолета Ту-16КСР (заказ 245) осуществили 11 пусков на дальность до 100 км. Шесть КСР были выпущены по кораблям-целям, а остальные - по наземным целям, обозначенным уголковыми отражателями. Из шести пусков по кораблям на дальность 90-96 км было отмечено четыре прямых попадания и один промах; один пуск не был зачтен из-за отказа станции наведения.

ЖРД типа С2.721В разработки ОКБ А.М. Исаева работал надежно, его запуск происходил безотказно в момент отцепки самолета-снаряда на всех высотах пуска от 4000 до 10000 м и скоростях самолета-носителя 400-500 км/ч. Двигатель функционировал в соответствии с тактико-техническими требованиями заказчика в двух режимах: максимальном (с тягой 1200-1220 кг) и переключался в полете на крейсерский режим (с тягой 680-700 кг).

Испытания показали, что установленная на самолете-снаряде КСР новая РЛС наведения КС-ПМ обеспечивает при работе по наземной цели на высоте 4000-10000 км обнаружение на дальности до 200 км и устойчивое автосопровождение цели на дистанции 160-180 км. Сброс цели с автосопровождения происходил на расстоянии до 13-15 км. При пусках по морским целям дальность обнаружения и взятие на автосопровождение зависела от многих факторов, в том числе от типа цели и направления захода. Результаты этих испытаний легли в основу дальнейших работ по совершенствованию дальних АРК, вооруженных самолетами-снарядами типа КСР, и стали основой для создания комплексов К-16 и К-11, отличавшихся системами наведения.

Близким по системе управления к опытному самолету-снаряду КСР стал самолет-снаряд КСР-2. Комплекс, созданный на его основе, получил обозначение К-16. Он состоял из КСР-2, самолета-носителя Ту-16КСР-2 (Ту-16К-16) и системы наведения "Рубикон". Учитывая успешный ход работ по развитию системы, ГКАТ предложил в январе 1961 г. МО СССР переоборудовать 100 самолетов Ту-16КС и 300 Ту-16А в носители КСР-2 с системой "Рубикон", одновременно предлагалось рассмотреть целесообразность размещения КСР-2 на Ту-22.

Система К-16 в период с 25 октября 1960 г. по 30 марта 1961 г. проходила совместные (ВВС, ГКАТ, ГКРЭ и ГКОТ) испытания.

По результатам этих испытаний К-16 была рекомендована для принятия на вооружение ВВС для действий по радиолокационно-контрастным наземным и морским целям. 4 февраля 1961 г вышло постановление Совета Министров СССР, уточнявшее требования к системе К-16 и определившее необходимые дополнительные доработки системы наведения (в частности, было увеличено зеркало РЛС КС-ПМ КСР-2). После проведения испытаний в июле-августе 1961 г., показавших эффективность доработок, система К-16 была принята на вооружение Дальней авиации и Авиации ВМФ на основании постановления Совета Министров СССР от 30.12.61 г.

С 1962 г. на ремонтных предприятиях ВВС и Авиации ВМФ началось переоборудование самолетов Ту-16КС и Ту-16А в Ту-16КСР-2. В том же году состоялись контрольные испытания двух первых самолетов-носителей Ту-16 КСР-2 (№7203820 и 5202010), переоборудованных из самолетов Ту-16КС и Ту-16А.

Эти первые головные машины отличались от самолетов, проходивших испытания в 1960 г., установкой аппаратуры "Рубин-1К" вместо "Рубин-1", заменой балочных держателей типа БД-245 на БД-352, использованием автопилота АП-6Е вместо АП-5-2М, внедрением ДИСС-1 и т.д.

Целью контрольных испытаний стала проверка соответствия основных летно-технических данных системы К-16 постановлению СМ о принятии на вооружение. Испытания продолжались до лета 1964 г. с перерывами на доработки. В результате была подтверждена целесообразность принятия системы на вооружение и предложены дальнейшие пути ее совершенствования.

Система К-16 стала первым смешанным авиационно-ракетным и бомбардировочным комплексом, созданным на базе Ту-16 и предназначенным для поражения морских и наземных целей самолетами-снарядами и бомбами.

Основой комплекса являлся самолет-снаряд КСР-2. Он был выполнен по нормальной самолетной схеме среднеплана со стреловидным крылом и стреловидным хвостовым оперением. На нем устанавливался ЖРД типа С5-6, работавший на двух самовоспламеняющихся компонентах топлива (окислитель - АК-2ОФ, горючее - ТГ-02) и развивавший максимальную тягу до 1200 кг в момент пуска и до 700 кг в маршевом режиме работы. На КСР-2 использовалась система радиоуправления с бортовой РЛС типа КСПМ, связанная с самолетной РЛС "Рубин-1К". Самолет-снаряд снабжался или боевой частью с обычным ВВ для поражения неподвижных целей, или боевой частью обычного ВВ повышенной эффективности; для поражения морских целей предусматривались варианты специальных боеголовок. Серийный самолет-снаряд типа КСР-2 имел следующие основные данные:

На самолете Ту-16КСР-2 устанавливалась специальная схема электроавтоматики, обеспечивавшая совместную работу РЛС "Рубин-1" (Р-1) или "Рубин-1К" (Р-1К) и автоматики подготовки и пуска ракет. На самолете подвешивались на держателях типа БД-352 два или один КСР-2.

Необходимо отметить, что ракетоносец Ту-16КСР-2 мог применяться и как самолет-носитель ядерного оружия (в случае, если машина переоборудовалась из Ту-16А). В бомбардировочном варианте была возможность подвески бомб того же тоннажа и калибров, что и на серийных самолетах Ту-16 и Ту-16А. Бомбардировочные функции обеспечивались бортовой аппаратурой системы "Рубикон", выполнявшей функции самолетной навигации, бомбометания и управления самолетами-снарядами.

Впервые в отечественной практике для системы К-16 был применен метод дальнего самонаведения для самолетов-снарядов класса "воздух-поверхность". Поиск цели производился самолетной РЛС "Рубин-1К", с которой информация передавалась в систему наведения на КСР-2. По этим сигналам антенна РЛС КС-ПМ КСР-2 направлялась на обнаруженную цель, далее цель захватывалась системой самонаведения самолета-снаряда и система переходила в режим автосопровождения. Далее производился пуск КСР-2 (отцеп КСР-2 от Ту-16КСР-2, запуск ЖРД), и самолет-носитель Ту-16КСР-2 мог отворачивать от цели, что уменьшало возможность его уничтожения средствами ПВО. Момент пуска КСР-2 определялся выбором и захватом цели на автосопровождение.

При создании системы управления "Рубикон" в качестве бортовой аппаратуры управления ракетоносца использовалась штатная навигационно-бомбардировочная аппаратура самолета Ту-16 "Рубин-1", что дало возможность разработать упрощенную технологию переоборудования базовых самолетов в Ту-16КСР-2 и позволило выполнить все работы в условиях ремонтных частей ВВС и Авиации ВМФ. Диапазон волн, примененный в системе "Рубикон", позволил получить более высокую разрешающую способность и увеличить дальность обнаружения целей по сравнению с предыдущими системами и все это при приемлемых размерах антенны КС-ПМ, определявшими мидель КСР-2.

Обслуживание системы "Рубикон" производилось штатным штурманом экипажа, что достигалось применением в аппаратуре автоматизации процесса прицеливания и захвата цели (по сравнению с Ту-16КС необходимость в специальном операторе отпадала, соответственно, снималась дополнительная герметическая кабина из грузоотсека). Простота контроля захвата цели головкой наведения КСР-2 позволяла штурману выполнить все операции по подготовке к пуску самолета-снаряда за время не более 1 мин.

Помимо вышеперечисленных изменений по самолету-носителю, на Ту-16КСР-2 для питания "Рубин-1К" был введен дополнительный преобразователь ПО-4500. В начале 1970-х гг. на Ту-16КСР-2 установили системы индивидуального РЭП типа СПС-5 и СПС-100. Проводились и другие более мелкие доработки и усовершенствования, обусловленные общим процессом модернизации парка самолетов Ту-16.

Процесс переоборудования отличался для базовых самолетов различных модификаций.

При переоборудовании самолета Ту-16КС с самолета снимались: радиолокационный прицел РБП-4 со жгутами; приемоиндикатор СПИ-1; бомбардировочный прицел ОПБ-11РМ; весь комплект аппаратуры системы К-П (К-1М); балочные держатели БД-187; гер-моконтейнер спецоператора; электрощитки, коробки, пульты, жгуты и приборы дополнительного электрооборудования самолета Ту-16КС; навигационный измеритель НИ-50Б; автопилот АП-5-2М; радиовысотомер РВ-2; аппаратура ЦОСАБ с держателями.

При переоборудовании самолета Ту-16А с самолета снимались: радиолокационный прицел РБП-4; приемоиндикатор СПИ-1; бомбардировочный прицел ОПБ-11РМ; трубопровод топливной системы, соединяющий бак №1 с баком №2; навигационный измеритель НИ-50Б; автопилот АП-5-2М; радиовысотомер РВ-2; аппаратура ЦОСАБ с держателями. При переоборудовании в КСР-16КСР-2 на самолеты вновь устанавливались: радиоаппаратура "Рубин-1К"; бомбардировочный прицел ОПБ-112; дополнительное электрооборудование системы "Рубикон"; балочные держатели БД-352 под плоскостями крыла; доплеровский измеритель скорости и угла сноса ДИСС-1; автопилот АП-6Е; гирополукомпас ГПК-52; радиовысотомер РВ-УМ.

В связи с изменением порядка выработки топлива на самолетах дорабатывалась топливная система. Топливный бак №1 заменялся на новый с самостоятельной заливной горловиной и измененным фланцем правого дренажного трубопровода, соединяющего бак №1 с баком №2, и изолировался от общей топливной системы самолета. Установка узлов подвески балочных держателей привела к внедрению топливных баков №14, имеющих на передней стенке наклонный срез; в левой консоли крыла был изменен изгиб трубопровода заправки самолета в воздухе. Введены дополнительные агрегаты в топливную систему (насосы и краны). Для обеспечения полета и нормальной посадки самолета после пуска одного КСР-2 использовалось ручное отключение топливных насосов баков №12-16 четвертой группы, раздельно для правой и левой консоли.

На Ту-16А производилось усиление конструкции крыла под балочные держатели, а также дорабатывалась система выпуска закрылков (ограничивался их выпуск до 25 град. при подвешенных КСР-2).

На Ту-16КС зашивались люк для входа в гермокабину спецоператора и вырезы под снятые антенные блоки системы К-П (К-1М).

Самолеты, переоборудованные под комплекс К-16, имели в производстве обозначение "заказ 352", а в эксплуатации именовались Ту-16КСР-2 (Ту-16К-16), "НКСР-2" или "НК-3". Иногда такие машины обозначались с указанием, из какой модификации самолет переоборудован: Ту-16А-КСР-2 (заказ 352А), Ту-16КС-КСР-2. Впоследствие некоторое количество Ту-16А-КСР-2 были переделаны в самолеты типа Ту-16КСР-2А, способные нести на внешних подвесках бомбовую нагрузку массой до 10 т (заказ 684/1). Эти работы были инициированы анализом успешных ударов израильских ВВС по арабским аэродромам во время "Шестидневной" войны. В начале 1970-х гг. на самолеты Ту-16КСР начали устанавливать аппаратуру РЭП типа СПС-100 "Резеда" и аппаратуру РЭП СПС-5 "Фасоль" - Ту-16КСР-ИС.

В течение первой половины 1960-х гг. сравнительно небольшая часть базовых Ту-16 была переоборудована в Ту-16КСР-2: причиной стало решение о создании комбинированного комплекса К-11-16, рассчитанного на применение как самолетов-снарядов КСР-2 с активной головкой самонаведения, так КСР-11 с пассивной головкой. В 1970-е гг. Ту-16КСР-2 были трансформированы в самолеты-носители Ту-16КСР-2-5 (заказ 386А), входившие в комплекс К-26.

Система дальнего действия К-16 имела следующие данные:

Модификация	Ту-16КСР
Размах крыльев, м	32.99
Длина, м	34.80
Высота, м	10.36
Площадь крыла, м2	164.65
Масса, кг
пустого самолета	39200
нормальная взлетная	79000
топлива	30300
Тип двигателя	2 ТРД РД-3М
Тяга, кгс	2 х 9500
Скорость, км/ч
максимальная	980
крейсерская	800-850
Практическая дальность, км	3900
Боевой радиус действия, км	1900
Практический потолок, м	11900
Экипаж, чел	7
Вооружение:	семь 23-мм пушек АМ-23 ( три спаренные башенные установки с дистанционным управлением и одна неподвижная пушка в носовой части). боевая нагрузка - 9000 кг в отсеке оружия бомбы до ФАБ-9000 2 КР класса воздух - поверхность КСР-1(2)