Впервые в нашем ракетостроении на УР-200 в качестве окислителя вместо азотной кислоты применили азотный тетраоксид (четыреокись азота), что обеспечило прирост удельного импульса примерно на 13 кгс/кг. Ранее этот окислитель не использовался из-за высокой температуры замерзания (-11 ’С) и низкой – кипения (+21’С), в то время как азотная кислота обеспечивала традиционный температурный диапазон эксплуатации изделий – от -40°С до
+50°С. В связи с этим на УР-200 предусмотрели установку электроподогревателей в баках окислителя. Ко времени начала разработки стало ясно, что стратегические ракеты будут размещаться, как правило, в шахтах, в условиях практически постоянных умеренных температур. Как М.К. Янгель, так и В.П. Макеев также осуществили переход на применение азотного тетраоксида в своих новых изделиях.
Помимо повышенной энергетики, азотный тетраоскид отличался от кислоты также и минимальным коррозионным воздействием, что позволило в дальнейшем обеспечить возможность боевого дежурства ракет в заправленном состоянии на протяжении десятилетий. Однако это достоинство азотного тетраоскида в ракете УР-200 еще не было реализовано в полном объеме.
Отметим, что впечатляющий прирост удельного импульса по сравнению с Р-16 на второй (около 30 кгс/кг) и первой ступени (около 32 кгс/кг в наземных условиях и 22 кгс/кг в пустоте) был достигнут не столько применением азотного тетраоскида, сколько реализацией так называемой «замкнутой» схемы с дожиганием генераторного газа. На предшествующих ракетах часть топлива поступала в газогенератор, а после сгорания в нем – на турбонасосный агрегат. Для обеспечения работоспособности турбины температура продуктов сгорания должна была быть существенно меньше 1000°С, что достигалось соотношением горючего и окислителя, очень далеким от оптимального. В результате даже при выбросе продуктов сгорания газогенератора после турбины через профилированное расширяющееся сопло их удельный импульс был в несколько раз ниже, чем у продуктов сгорания основной камеры двигателя. С целью повышения давления в камере для подачи топлива требовалось повысить мощность турбонасосного агрегата, т.е. долю топлива, прошедшего газогенератор. Это приводило к неприемлемым потерям удельного импульса, сводившим на нет энергетический эффект от повышения давления.
В двигателях замкнутой схемы генераторный газ после турбины не выбрасывался, а подавался в камеру, где догорал с полным выходом энергии. Внешним отличием новой схемы стал изогнутый трубопровод большого диаметра, подходящий к головке камеры сгорания двигателя. По нему в камеру поступал прошедший турбину генераторный газ. С внедрением новой схемы удалось поднять давление в камере вдвое – до 150 кг/см2 , обеспечив большое расширение сопла и, соответственно, высокий удельный импульс без увеличения габаритов при минимальном утяжелении конструкции двигателя. УР-200 стала первой ракетой, в которой применялись двигатели новой схемы, а сотрудники ОКБ-154 во главе с Косбергом – первыми, кто довел давно известную идею до практического воплощения.