Поэтому перед авиационными конструкторами вновь была поставлена задача дальнейшего повышения потолка истребителей-перехватчиков. Решая ее, ОКБ-155 на базе серийного МиГ-19С создало опытную модификацию самолета-перехватчика, который получил шифр изделия СМ-50 (в документах встречается и обозначение МиГ-19СУ, те. МиГ-19С с ускорителем). В связи с установкой дополнительного разгонного двигателя самолет облегчили до предела, что повлекло (по сравнению с базовым МиГ-19С) существенные изменения как в конструкции самолета, так и в списке агрегатов.

В частности, изменилась силовая установка: вместо двигателей РД-9Б поставили РД-9БМ (с насосами НР-10АЕ и HP-11 BE) с тягой по 3200 кг (по некоторым документам - 3300 кг) и ее регулированием на форсажном и максимальном режимах. Установили под фюзеляжем сбрасываемый обтекаемый контейнер с ускорителем одноразового действия У-19 (состоявший из ЖРД и баков с горючим и окислителем). На передней части фюзеляжа смонтировали узлы для крепления подвесных баков ЖРД. Под хвостовой частью фюзеляжа сделали колодец, в котором на специальных узлах установили раму ЖРД и жаропрочный стальной экран с нанесенным (путем шаопирования) слоем окиси алюминия. Экран имел двойную стенку с продувом от наружного воздуха и был выполнен вогнутым внутрь фюзеляжа.

В связи с установкой ускорителя вместо одного подфюзеляжного гребня смонтировали два новой формы, которые были вынесены из области воздействия газовой струи ЖРД. Для обдува нижних (внутренних) цилиндров управления соплами основных двигателей установили дополнительные воздухозаборники. В целях снижения полетного веса сняли балки крепления блоков ОРО-57К и фюзеляжную пушку, оставив две крыльевые (НР-30). В связи с тем, что в районе топливного бака №3 сделали вырез для установки ЖРД, а в районе бака №4 - жаростойкий выпуклый экран с системой продува, обе топливные емкости демонтировали. Сняли и передний тормозной щиток. При этом допускалась установка подвесных топливных баков, но только для полетов с незаправленным ускорителем.

Список БРЭО сократился незначительно: исчезли радиовысотомер РВ-2 и станция предупреждения «Сирена-2». Кроме того были сняты ракетницы ЭСКР-46, противопожарное оборудование и тормозной парашют. В то же время для наведения с земли перехватчика на цель на самолете смонтировали опытную высотную аппаратуру «Каскад». Изменили места установки антенн маркерного радиоприемника МРП-56П и радиокомпаса АРК-5. В связи со значительным увеличением высоты полета вместо комплекта кислородного оборудования ККО-1 установили комплект ККО-2 (по некоторым документам - ККО-2М), заменили барометрический высотомер и указатель числа М, а в экипировку летчика ввели новый высотно-компенсирующий костюм ВКК-3 (по ряду документов - ВКК-ЗМ). Вместе с тем рост полетного веса до 9000 кг избежать не удалось, из-за чего пришлось повысить давление в амортизаторах шасси.

Установленный на СМ-50 ускоритель состоял из двухрежимного ЖРД СЗ-20М конструкции Л.Л.Севрука и А.М.Исаева, баков с самовоспламеняющимся топливом ТГ-02 (по ряду документов - ТТ-С2), окислителем АК-20 (АК-20Ф) и перекисью водорода, систем поддавливания, пироклапанов и трубопроводов. Общий запас компонентов обеспечивал работу ускорителя в течение 3,5-4 минут на режиме минимальной тяги и 2 минут - на максимальной. В первом случае двигатель развивал тягу 1300 кг; во втором -3000 кг (по ряду документов - 3200 кг). Управление включением ЖРД было электрическим, заправка - закрытого типа. Ускоритель У-19 работал автономно и был связан с самолетными системами только электроканалом управления включением ЖРД и аварийного слива.

Комплект кислородного оборудования ККО-2 (ККО-2М) обеспечивал в случае разгерметизации кабины пребывание на высоте 20.000 м в течение 5-10 минут и на высоте 24.000 м - в течение 3-4 минут. Высотно-компенсирующий костюм ВКК-3 (ВКК-ЗМ) применялся с герметическим шлемом ГШ-4, имевшим электрообогрев. Кроме того, в комплект входил парашютный кислородный прибор КП-27М.

В декабре 1957 г. СМ-50 (МиГ-19СУ) передали на заводские испытания, которые закончили до конца месяца. Ведущим инженером был Ю.Н.Королев. Первый полет на нем выполнил летчик-испытатель М.М.Котельников. Несколько полетов на этапе заводских испытаний совершили В.А.Нефедов и Г.А.Седов. Последний достиг в одном из них высоты 24.500 м (динамический потолок). Максимальная скорость при включенном ЖРД увеличилась до 1800 км/ч (М=1,6), а высоту 20.000 м поднимался всего за 8 минут.

Летчики отмечали, что после включения ускорителя на высоте около 17.000 м вертикальная скорость нередко доходила до 120 м/сек. В ходе испытаний были достигнуты высоты порядка 24.000 м и скорость, более чем в 1,6 раза превышавшая скорость звука. На высотах пилоты 20.000 и 22.000 м пытались выполнять горизонтальные «площадки» с работающим ускорителем, но их продолжительность не превышала 100 и 67 секунд соответственно. Время набора высоты изменялось от 9,5 до 11 минут. Отмечалось, что особая сложность в технике пилотирования самолета заключается в выводе его на заданную высоту, т.к. по условиям работы ЖРД, перегрузка должна была быть не менее 0,3-0,5д. В качестве высотной цели на испытаниях использовался облегченный МиГ-19СВ.

Увеличение веса снаряженного самолета привело к возрастании скорости отрыва, достигшей 395 км/ч. Особое внимание уделялось колесам, т.к. ускоритель, располагавшийся в непосредственной близости от земли, был наполнен ядовитыми и взрывоопасными компонентами ракетного топлива.

Было определено, что наличие ускорителя повышает потолок истребителя до 23.000 м, однако сильно снижает дальность, которая даже по расчету составляла всего 800 км. От ЛИИ на самолете летали летчики-испытатели А.П.Богородский, В.П.Васин и В.Г.Мухин. Испытания нового высотного перехватчика проводились на аэродроме Савостлейка, где размещался центр боевого применения авиации ПВО страны. Это решение было принято для того, чтобы информация о нем не попала на Запад.

Пожалуй наиболее шокирующим для бригады испытателей стал сверхзвуковой штопор, в который трижды входил «пятидесятый». В то время это противоречило теории аэродинамики, «а оказалось, что может - вспоминал позднее летчик-испытатель А.А.Щербаков. - Машина перетяжелена подвеской ускорителя. Расположен он так, что путевая устойчивость снижена. При полутора скоростях звука на высоте 21 км - воздуха почти нет, углы атаки значительны. Свалился, и первый виток - на сверхзвуке! Когда мы все это проделали, приехал профессор, доктор технических наук Григорий Семенович Ковачев. И он, когда мы ему показали записи, - в зависимости от числа М, высоты, плотности, -даже языком причмокнул от удовольствия и сказал: "Ну, вы - молодцы!"»

В связи с этим в ЛИИ в 1959 г., как уже упоминалось раньше, были проведены испытания на самолете МиГ-19С, включавшие в себя ввод в штопор на сверхзвуковых скоростях. Было установлено, что в на сверхзвуке штопор возможен из-за снижения запаса путевой устойчивости и проявлении инерционного взаимодействия продольного и бокового движений, сопровождающихся интенсивным возрастанием угла атаки.

Пока велись работы по данной теме, на авиазаводе №21 в Горьком до уровня СМ-50 переоборудовали пять серийных МиГ-19С. После завершения заводских испытаний первый прототип в начале 1958 г. передали в ГК НИИ ВВС на госиспытания. Ведущим инженером на ним был В.П.Белодеденко, а ведущими летчиками-испытателями - П.Ф.Кабрелев и С.В.Петров, от ОКБ в испытаниях принимал участие летчик-испытатель В.А.Нефедов. Испытания на устойчивость и управляемость проводил летчик-испытатель ЛИИ А.А.Щербаков. По два полета выполнили также летчики ПВО А.Л.Иванов, И.И.Павлов и будущий главком ПВО генерал-полковник Е.Я.Савицкий.

Для второй половины 50-х гг. характеристики, полученные в ходе испытаний перехватчика, были довольно высокими. Чтобы наиболее эффективно воспользоваться располагаемым суммарным импульсом двигателей, нужно было точно выбрать момент включения ЖРД и правильно задать программу полета в сочетании с точным наведением с земли. Однако обнаружить визуально цель на высотах выше 20.000 м, поймать ее в прицел и поразить с одного захода пушечным огнем в течение короткого промежутка времени работы ЖРД при перегрузках больше единицы было практически невозможно. Недостаточно совершенными оказались и методы наведения, опиравшиеся больше на глазомер, чем на еще не испытанную аппаратуру «Каскад».

Кроме того, несмотря на все преимущества использования ЖРД, оказались совершенно не продуманы вопросы его наземной подготовки. Часто высокотоксичные компоненты топлива сливались прямо на землю, отравляя не только окружающую среду, но и обслуживающий персонал. Эксплуатация ЖРД требовала создания сложных наземных комплексов. К тому же вслед за комплексом С-25 был принят на вооружение ПВО новый зенит-но-ракетный комплекс С-75. Поэтому внедрять в производство эту экспериментальную модификацию не стали. В то же время проведенные испытания позволили изучить особенности пилотирования самолета и работы турбореактивных двигателей на высотах до 24.000 м.

Не получили дальнейшего развития и варианты МиГ-19ПУ (изделия СМ-51, СМ-51П, СМ-52 и СМ-52П) доработанные, в 1957 г. по аналогии с СМ-50. Все четыре опытные машины получили систему У-19Д с ускорителем одноразового действия РУ-01Э конструкции ОКБ Л.С.Душкина. Кроме того, на последнем испытывалась новая РЛС «Алмаз» с дальномером «База-6», которую установили вместо станции «Изумруд». Помимо этого СМ-52П получил аппаратуру «Горизонт-1». На этой же машине испытывалась радионавигационная станция «Свод», обеспечивавшая в сложных метеоусловиях (при отсутствии визуальной видимости) автоматическое определение координат (азимута и дальности) относительно наземной станции и привод самолета на радиомаяк «Свод».

Несмотря на дальнейшее снижение полетной массы перехватчиков с комбинированными силовыми установками, последняя так и не была принята в эксплуатацию, что объяснялось быстрым прогрессом в испытаниях МиГ-21, сделавшего ненужной дальнейшую доводку ЖРД.