В 1974 году на вооружение военно-морского флота СССР была принята баллистическая ракета подводных лодок Р-29, ставшая основой нового комплекса Д-9. Р-29 стала первой отечественной межконтинентальной ракетой для подлодок и позволила значительно повысить ударный потенциал морской компоненты стратегических ядерных сил. Тем не менее, вооружения флота требовалось постоянно совершенствовать. К концу семидесятых годов на вооружение был принят комплекс Д-9Р с ракетой Р-29Р. В рамках этого проекта вновь удалось решить ряд важнейших конструкторских задач, что привело к дополнительному повышению потенциала стратегических подводных крейсеров. Следует отметить, предварительная проработка проекта, который в дальнейшем стал известен как Д-9Р / Р-29Р, стартовала еще в конце шестидесятых годов. Специалистам СКБ-385 во главе с В.П. Макеевым поручили проработать аванпроект модернизации комплекса Д-9 с целью повышения его основных характеристик. Требовалось изучить возможность изменения габаритов ракеты, применения новых силовых установок и использования головных частей нескольких типов. Перспективная ракета Р-29М (так сначала назывался проект) должна была нести один, три или восемь боевых блоков с ядерными боезарядами. Предварительный проект Д-9М / Р-29М был завершен в 1970 году, но в течение некоторого времени его перспективы оставались неопределенными. Кроме того, появились сомнения в необходимости продолжения работ. В середине 71-го стартовала разработка комплекса Д-19 с твердотопливной ракетой Р-31 с требуемыми характеристиками. Тем не менее, создание твердотопливной ракеты столкнулось с серьезными трудностями, из-за чего в июле 1972 года проекту Д-9М дали зеленый свет. В течение нескольких следующих месяцев СКБ-385 должно было представить новый проект.

На этом этапе система вооружения для подлодок получила обновленное обозначение с литерой «Р» вместо использовавшейся ранее «М». Задачей проекта Д-9Р / Р-29Р было создание баллистической ракеты, способной нести разделяющуюся головную часть с несколькими боевыми блоками, хотя не исключалось и применение моноблочной. Техническое задание подразумевало оснащение ракеты одним, тремя или семью боезарядами. Одновременно с этим отменялось внедрение ряда новых технических решений ввиду их сложности. Изделие Р-29Р должно было стать вариантом модернизации разрабатываемой Р-29 с минимально необходимым объемом доработок.

К концу 1972 года конструкторское бюро завершило предварительное проектирование и представило документацию руководству промышленности. Предложение специалистов устроило заказчика, результатом чего стал приказ о начале полноценной разработки нового комплекса. Соответствующее постановление Совмина СССР вышло 13 февраля 1973 года.

В новом проекте предлагалось максимально использовать наработки по предыдущим разработкам. Планировалось унифицировать ракеты Р-29 и Р-29Р по различным агрегатам, а также использовать существующие системы управления для подлодок-носителей с минимальными их изменениями. Такой подход позволял сократить время, необходимое для проектирования, а также давал возможность ускорить испытания и последующее принятие на вооружение. В частности, было решено отказаться от испытаний с погружаемым стендом, а также сократить тестовую программу на сухопутном полигоне. Также, ввиду сложности, временно отказались от разработки боевой части с семью боезарядами – ее планировалось создать позже.

Новая баллистическая ракета, с целью экономии времени и средств, должна была стать модернизированным вариантом существующей. В результате такого подхода сохранились общая архитектура изделия, компоновка агрегатов, конструкция большинства его элементов и т.д. Так, ракету Р-29Р предлагалось строить по двухступенчатой схеме со ступенью наведения и оснащать жидкостными двигателями. Основным агрегатом ракеты был цельносварной корпус, изготавливаемый из алюминиево-магниевых вафельных оболочек. Разделение ступеней предлагалось производить при помощи удлиненного заряда, разрывающего корпус в нужной плоскости.

Большая часть объемов корпуса, как и ранее, отдавалась под размещение баков двух ступеней. Нижние днища баков для горючего обеих ступеней имели специальную вогнутую форму, благодаря которой в них могли помещаться двигатели. Также предусматривались изогнутые верхние днища, предназначенные для размещения тех или иных агрегатов. Бак для горючего отделялся от бака окислителя при помощи двойного общего днища. Такая конструкция позволяла исключить отсеки между баками и ступенями.

Первая ступень ракеты Р-29Р получила жидкостный двигатель типа 3Д40, использовавший несимметричный диметилгидразин и азотный тетраоксид. Этот двигатель имел одну крупную маршевую камеру и две малых рулевых, установленных на кардановых подвесах. Вторая ступень получила однокамерный жидкостный двигатель 3Д41. Его единственная камера, смонтированная на качающемся подвесе, должна была отвечать и за создание тяги, и за маневрирование.

К верхней части второй ступени предлагалось крепить боевую ступень с системами управления и полезной нагрузкой в виде боевых блоков. Боевая ступень получила собственный жидкостный двигатель для маневрирования. Кроме того, она оснащалась приборным отсеком для размещения всего необходимого оборудования. Приборный отсек при помощи герметичного днища был разделен на две части. В головной части отсека, оснащенной прозрачным обтекателем, помещалась гиростабилизированная платформа с астровизирующим устройством. Прочая система управления крепилась в хвостовом отделении отсека. Для более плотной компоновки агрегатов элементы системы управления не получили собственные амортизаторы. Вместо этого на амортизаторах подвешивалась рама с аппаратурой в целом.

Конструкция боевой ступени была рассчитана с учетом использования различной боевой нагрузки. Это изделие могло применяться для несения любой конфигурации боезарядов, требовавшейся техническим заданием. На боевой ступени могло крепиться от одного до семи боевых блоков разных размеров с различающимися характеристиками. Обеспечивались обслуживание и замена боевой ступени без извлечения всей ракеты из пусковой установки.

Как и в проекте Р-29, было предложено использовать комбинированную систему наведения на основе инерциальной аппаратуры и астрокоррекции. Во время прохождения активного участка и на участке разведения за положением ракеты должна была следить инерциальная навигационная система. После отделения первой ступени должен был выполняться сеанс астрокоррекции с уточнением местоположения ракеты и корректировкой траектории. После этого управление вновь переходило к инерциальным приборам.

На креплениях боевой ступени должны были располагаться несколько боевых блоков, количество которых определялось заказчиком изделия. Первым вариантом проекта предусматривалось применение моноблочной боевой части мощностью 450 кт. Вместо одного боевого блока можно было применять три по 200 кт каждый. В дальнейшем был создан 100-кт малогабаритный боезаряд. Ракета могла нести семь таких изделий. Помимо боевых блоков ракета могла оснащаться ложными целями для прорыва ПРО противника.

Вне зависимости от конфигурации боевой части ракета Р-29Р должна была сохранять общие габариты и вес. Длина изделия составляла 14,1 м, диаметр корпуса – 1,8 м. Стартовая масса определялась в 35,3 т. Боевые части с разным количеством боезарядов отличались весом, что сказывалось на основных характеристиках ракеты, прежде всего дальности. Так, при использовании моноблочной боевой части можно было атаковать цели на дальностях до 8000 км. Применение разделяющейся головной части сокращало максимальную дальность до 6500 км. Вне зависимости от дальности КВО составляло 900 м.

В ходе проекта Д-9Р / Р-29Р было решено сохранить большую часть агрегатов для подлодки-носителя. Кроме того, сохранялись основные принципы взаимодействия пусковой установки и ракеты. Изделие предлагалось поставлять флоту в заправленном ампулированном виде, что позволяло сократить необходимую подготовку ракеты перед погрузкой на носитель и перед пуском. После загрузки в пусковую установку ракета должна была удерживаться на своем месте при помощи нескольких поясов с амортизирующими устройствами. Аппаратура управления ракетным комплексом претерпела некоторые изменения, прежде всего связанные с необходимостью расчета полетного задания для поражения нескольких целей.

Принципы запуска новой ракеты остались прежними. Допускался старт из надводного положения носителя или из-под воды, с глубины до нескольких десятков метров. За счет работы маршевого двигателя на малой тяге ракета должна была выходить из шахты, подниматься над водой и после этого увеличивать тягу, начиная активный участок полета. При использовании моноблочной боевой части полет ракеты Р-29Р никак не отличался от Р-29. В случае с тремя или семью боевыми блоками в траекторию полета добавлялся участок разведения. После отсоединения второй ступени боевая ступень должна была выполнять маневрирование и последовательно выводить боезаряды на требуемые траектории. Характеристики боевой ступени позволяли поражать несколько целей в пределах сравнительно крупного района.

Широкое использование существующих и отработанных узлов и агрегатов позволило сократить испытания новой ракеты, исключив проверку на погружаемом стенде. В ноябре 1976 года первые Р-29Р были доставлены на полигон Ненокса для проверки на наземных пусковых установках. Почти за два года, до октября 78-го, на полигоне выполнили 18 пусков. При этом одной из ракет выстрелили на дальность, близкую к максимальной. Прочие пуски производились на сокращенную дальность. Было израсходовано 11 ракет с моноблочной головной частью и 8 с разделяющимися.

В 1972 году ЦКБ-18 получило задание создать проект модернизации атомной подводной лодки типа 667БД «Мурена-М», подразумевающий использование нового ракетного комплекса Д-9Р. Новый проект получил обозначение «667БДР» и шифр «Кальмар». Новая АПЛ должна была получить 16 шахтных пусковых установок для ракет Р-29Р и комплект соответствующих систем управления. Разработка проекта была завершена к началу 1974 года. 7 мая 74-го состоялась закладка головной лодки проекта К-441. Также было принято решение отказаться от достройки АПЛ К-424 по исходному проекту 667БД. Субмарину, заложенную в январе 1974 года, теперь следовало достраивать по проекту «Кальмар». 30 декабря 1976 года обе эти подлодки были сданы флоту. Кроме того, вместе с ними службу начал крейсер К-449, заложенный в ноябре 1975-го.

Незадолго до принятия в состав военно-морского флота, в ноябре 1976 года, подлодка К-441 присоединилась к испытаниям нового ракетного комплекса. Тестовые старты ракет Р-29Р с борта подводной лодки осуществлялись до осени 78-го. За это время было выполнено 22 пуска ракет в разных конфигурациях с различными полетными заданиями. По имеющимся данным, были использованы четыре ракеты с моноблочными головными частями, шесть с тремя боевыми блоками на каждой, а в остальных применялись ракеты с семью боезарядами. Производились пуски на минимальную, промежуточную и максимальную дальность. Кроме того, выполнялась стрельба залпом.

Успешное выполнение испытательных запусков открыло новому комплексу Д-9Р с ракетой Р-29Р дорогу к использованию флотом. Еще до конца летных испытаний, 25 августа 1977 года, новую систему приняли на вооружение в качестве оружия подлодок проекта 667БДР «Кальмар». В связи с завершением работ по проекту ракетного комплекса было продолжено строительство подлодок-носителей. До 1981 года ВМФ СССР получил 14 атомных подлодок нового проекта, каждая из которых могла нести по 16 ракет Р-29Р.

По некоторым данным, отработка ракеты с семью боевыми блоками затянулась, из-за чего ее приняли на вооружение только в июле 1979 года. Также упоминается, что такой вариант ракеты получил собственное обозначение Р-29РЛ, а комплекс в целом назывался Д-9РЛ.

Появление подлодок типа «Кальмар» и ракет Р-29Р позволило значительно повысить ударный потенциал подводных сил флота. С 1981 года, после принятия в строй последней лодки нового проекта, флот получил возможность держать в развернутом состоянии до 224 ракет Р-29Р с межконтинентальной дальностью полета. В зависимости от боевого оснащения ракеты подлодок могли нести от 224 до 1568 боевых блоков (от 16 до 112 на каждой АПЛ) и атаковать соответствующее количество объектов противника. Таким образом, АПЛ проекта 667БДР и ракеты Р-29Р стали важнейшим средством обеспечения ядерного паритета с вероятным противником.