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由于苏联认为T-64坦克在机动性和装甲防护方面都具备相当大的优势，北约在短时期内难以研制出与之抗衡的武器，因此为了长时期保持对北约国家的技术优势，应当进一步提高T-64坦克的火力。具体的改进方案便是安装125毫米的D-81滑膛坦克炮，这是当时，即使到现在也仍然是世界上口径最大的坦克炮。除了更换主炮，T-64初期型还进行了其他改进：安装了更精确的光学测距仪；增强了车体前装甲防护；加强了驾驶员舱口区域防护；在坦克两侧加装裙板以提高坦克侧面抗空芯装药破甲弹打击的能力；加大了车长和炮长座椅，使乘坐更加舒适。经过上述改进后的坦克被称为“434项目”。新坦克的技术设计在1964年完成，KB-60M设计局随即开始规划生产线、完善技术文件，为批量生产做准备。“434项目”原型车在1966-1967年间完成，在进行了广泛的测试后，1968年5月，正式装备苏联红军陆军部队，军方编号为T-64A型主战坦克。

苏联军方对T-64A坦克的性能非常满意，设计局也以它为豪，他们声称：T-64A坦克拥有完美设计，以最小的重量换来了最佳的火力、防护、机动和可靠性的结合。客观的说，T-64A坦克确实称得上是一种划时代的坦克，它运用了一系列前所未见的新技术和新概念，包括：125毫米的大口径坦克炮；自动装弹机、三人乘员组以及因此带来的低矮外形；完善的火控系统（测距仪、双向稳定器、火控计算机）；复合装甲（对于化学能弹和动能弹的防护能力几乎相当于T-62坦克的2倍还多）；三防系统有效保护乘员组在核条件下的生存；采用了全新的动力组件布置方式；它还在苏联坦克制造史上首次采用了液压传动装置，后者确保了发动机组件重量和尺寸的减少；带有内部减震器的负重轮则带来了苏联坦克建造史上最轻的行走装置；第一次解决了涉水能力受时间和距离限制的问题。

新技术和新的设计规划解决了高性能与低重量（36.5吨）之间的固有矛盾。在保持了中型坦克的体重基础上，T-64A坦克拥有堪与重型坦克相匹敌的火力和防护。由于T-64A坦克出现，以重量将坦克划分为中型和重型坦克的方法终于寿终正寝（这也最终确认了设计局早在1954年就提出的理念），新的概念浮出水面——主战坦克。T-64A由此成为苏联第一种主战坦克。

从未定型的“430项目”（1954年）到第一辆T-64A量产型下线（1969年）。前后15年时间里，KB-60M设计局始终没有放弃信念，始终在根据时代的需要而创新。T-64A坦克的设计和规划是如此的成功，以至于苏联其他设计局也开始仿效KB-60M设计局的许多理念和技术，并将之用于后来主战坦克的设计，如T-72和T-80主战坦克。T-64A坦克的总设计师——亚历山大·A·莫洛佐夫为此得到了列宁勋章（LeninAward）。

在研制T-64系列主战坦克期间，KB-60M设计局的队伍再一次获得壮大。1962年，马里舍夫工厂的第62特别设计局被并入KB-60M设计局。第62特别设计局致力于研制喷火坦克，包括OT-54和TO-55坦克以及实验性质的“483项目”。这一系列的坦克在鄂木斯克的运输机械制造厂（OmskTransportMachineConstructionPlant）量产。其局长F·A·莫斯托沃依后来成为KB-60M设计局的副总工程师。

○哈尔科夫莫洛佐夫机械设计局根据苏联国防工业部部长在1965年5月6日签署的第62号部长令，从1966年1月1日开始，KB-60坦克设计局和实验坦克制造厂（190厂）合并为一个大型联合企业——哈尔科夫机械制造设计局（KMDB）。亚历山大·A·莫洛佐夫被任命为局长和总工程师。

由于苏联政府决定在三个工厂同时开工制造T-64A主战坦克——哈尔科夫马里舍夫工厂、列宁格勒基洛夫工厂和乌拉尔汽车厂