Принимая на вооружение «Шилку», и военные, и представители ВПК понимали, что 23-мм пушка «Амур» слишком слаба. Это относилось и к малой наклонной дальности стрельбы, и к потолку, и к слабости фугасного действия снаряда. Масла в огонь подлили американцы, рекламируя новый штурмовик А-10, который, якобы, был неуязвим для 23-мм снарядов «Шилки». В результате чуть ли не на следующий день после принятия на вооружение 3CУ-23-4 во всех высоких инстанциях начались разговоры о ее модернизации в плане увеличения огневой мощи и в первую очередь — увеличения эффективного потолка стрельбы и разрушающего действия снаряда.
С осени 1962 года прорабатывалось несколько эскизных проектов установки на «Шилку» 30-мм автоматов. Среди них рассматривался 30-мм автомат револьверного типа НН-30 конструкции ОКБ-16, использовавшийся в корабельной установке АК-230, 30-мм шестиствольный автомат АО-18 от корабельных установок АК-630 и 30-мм двухствольный автомат АО-17 конструкции КБП. Кроме того, испытывался 57-мм двухствольный автомат АО-16, специально сконструированный в КБП для зенитной самоходной установки.
26 марта 1963 года в подмосковных Мытищах состоялся техсовет под руководством Н. А. Астрова. На нем было решено увеличить калибр ЗСУ с 23 до 30 мм. Это в два раза (с 1000 до 2000 м) повышало зону 50-процентной вероятности поражения цели и увеличивало дальность стрельбы с 2500 до 4000 м. Эффективность стрельбы по истребителю МиГ-17, летящему на высоте 1000 м со скоростью 200—250 м/с, возрастала в 1,5 раза.
В конце концов для ЗСУ приняли 30-мм двухствольный автомат АО-17. Его доработанный вариант получил в ГРАУ индекс 2А38 и в начале 80-х годов был запущен в серийное производство на Тульском машиностроительном заводе № 535.
Однако после почти семи лет проектных и опытно-конструкторских работ было решено отказаться от модернизации «Шилки» и создать принципиально новый комплекс.
8 июня 1970 года вышло постановление Совета Министров СССР № 427-151 о создании новой ЗСУ «Тунгуска». Головным разработчиком «Тунгуски» назначили КБП, а главным конструктором — А. Г. Шипунова. Конкретно КБП занималось ракетно-артиллерийской частью установки, Проектирование РПК вел Ульяновский механический завод Минрадиопрома, позже ставший головным и по его производству. Разработчик счетно-решающего прибора — Научно-исследовательский электромеханический институт Минрадиопрома. Гусеничное шасси ГМ-352 изготавливал Минский тракторный завод. Зенитный комплекс 2С6 «Тунгуска» был принят на вооружение постановлением Совета Министров от 8 сентября 1982 г., а модернизированный комплекс «Тунгуска-М» — приказом министра обороны от 11 апреля 1990 года.
По общей компоновке «Тунгуска» во многом напоминает германскую ЗСУ «Гепард": РЛС расположена сверху на задней части трехместной башни и в походном положении опускается, круглая антенна РЛС наведения смонтирована на башне спереди. По бокам башни установлены два двухствольных автомата АО-17 и две спаренные пусковые установки ЗУР 9М311, действующие независимо друг от друга.
Корпус машины имеет вертикальные борта, отличается большой высотой и выполнен методом сварки из листов катаной стали и обеспечивает защиту от огня стрелкового оружия и осколков снарядов и мин малого калибра. Передняя часть лобового листа установлена под большим углом наклона, а в месте излома стоит практически вертикально. Большая башня кругового вращения смещена к корме машины. Моторно-трансмиссионое отделение расположено в кормовой части корпуса.
Принципиальной особенностью комплекса 2С6 является совмещение в одной боевой машине пушечного и ракетного вооружения, радиолокационных и оптических средств управления огнем с использованием общих систем: РЛС обнаружения, РЛС сопровождения, цифровой вычислительной системы и гидравлических приводов наведения. «Тунгуска» предназначена для ПВО мотострелковых и танковых частей на марше и на всех стадиях боя. Она имеет сплошную зону поражения (без «мертвой» зоны, характерной для ЗРК), что достигается последовательным обстрелом цели сначала ракетами, а затем пушками. Огонь из автоматов 2А38 может вестись как с места, так и с хода, а пуск ракет — только с места, в крайнем случае — с коротких остановок. В вертикальной плоскости артиллерийская система наводится в секторе от -10° до +87°. В горизонтальной плоскости она может вести круговой обстрел. При этом скорость как вертикального, так и горизонтального наведения составляет 100° в секунду.
ЗРПК 2С6М «Тунгуска» оснащен компьютеризованной системой управления огнем с лазерным дальномером; в состав ее стандартного оборудования входят система идентификации «свой-чужой», наземная навигационная система и вспомогательная силовая установка.
ЗУР 9М311 представляет собой твердотопливную бикалиберную (76/152-мм) двухступенчатую ракету, выполненную по схеме «утка». Наведение ее на цель — радиокомандное. РЛС сопровождения по синхронной связи выдает точное целеуказание на оптический прицел и выводит его на линию визирования. Наводчик обнаруживает цель в поле зрения прицела, берет на сопровождение, а в процессе наведения удерживает марку прицела на цели. Ракета имеет хорошую маневренность (максимально допустимая перегрузка — 32 д). Взрыватель ракеты неконтактный, с радиусом действия 5 м. Боевая часть — осколочно-стержневая. Длина стержней около 600 мм, диаметр 4—9 мм. Поверх стержней имеется «рубашка», содержащая готовые осколки-кубики весом 2—3 г. При разрыве боеголовки стержни образуют кольцо радиусом 5 м в плоскости, перпендикулярной оси ракеты. На дистанции свыше 5 м действие стержней и осколков малоэффективно.
В качестве силовой установки на машине используется дизельный двигатель жидкостного охлаждения В-84МЗО, развивающий мощность 515 кВт, что позволяет машине двигаться по дорогам с твердым покрытием с максимальной скоростью 65 км/ч.
Ходовая часть «Тунгуски» состоит, применительно к одному борту, из шести двойных обрезиненных опорных катков, трех поддерживающих роликов, ведущего колеса заднего и направляющего колеса переднего расположения. Верхние ветви гусениц прикрыты неширокими стальными экранами.
Гусеничное шасси ГМ-352 отличается высокой проходимостью, маневренностью и плавностью хода. Возможность ведения стрельбы без снижения скорости обеспечивается применением гидромеханической трансмиссии с гидрообъемным механизмом поворота, гидропневматической подвеской с изменяемым клиренсом и гидравлическим механизмом натяжения гусениц.
Таким образом, «Тунгуска» представляет собой высокомобильную 3CУ с эффективным ракетным и артиллерийским вооружением. К недостаткам ее можно отнести малую дальность обнаружения цели бортовой РЛС и невозможность применения ЗУР в условиях плохой видимости (задымление, туман и т. д.).
Машины первой производственной серии, выпущенные в небольшом количестве, имели две пусковые установки с одним транспортно-пусковым контейнером с ЗУР 9М311 на каждой и обозначались 2С6. На пусковых установках машин основной серийной модификации имеется уже по два транспортно-пусковых контейнера, и боекомплект этих самоходных комплексов с индексом 2С6М насчитывает восемь зенитных управляемых ракет 9М311.
Производство ЗРПК 2С6М «Тунгуска" продолжается. Машины этого типа состоят на вооружении армий России и Индии.
