内行人其实不难看出图-144与“协和”的明显区别，如前者的机翼是双三角形，后者的是S形前缘三角翼。图-144的体形稍大些，翼下发动机舱贴近机腹，而“协和”的发动机安装在更靠外的位置，这些都会对气动特性造成不同影响。两者在操控系统、座舱设置和内部设备等方面也有很多差异。不过图-144虽然抢得了一定的先机，但通过试飞也暴露出自己的“短板”。除了一些部件存在可靠性问题外，更严重的是阻力大、油耗高，航程只有3000千米，远低于设计指标。还有就是着陆速度偏高，以至于落地时要施放阻力伞减速，这在军用飞机很常见，却会给民用机场带来不少麻烦。
图-144的体型比协和大一些
研制团队已经预见到这类问题，在原型机试飞前就启动了改进计划。一方面优化翼型，后掠角分别改成76°和57°，扩大翼展和机翼面积，同时把机身加长6.3米以增加载客量到150人；另一方面换用推力更大、油耗更低的NK-144F发动机，并重新设计翼下发动机舱，两组发动机的安装位置也分得更开，以提高动力效率。最引人注目的是在机头驾驶舱后方加装了一对可伸缩的条状小翼，在起降时伸出用于改善低速性能，到巡航飞行时再收入机身内。其鼻锥、垂尾、升降舵等部分也做了相应调整，翼下主起落架改为8轮小车式……此外，机体的结构、材料和安装工艺都进行了改进，燃油储量增加到11.8万升，起飞重量也达到190吨。
经过一系列的重大改造，第二架图-144变成了图-144S，注册号77101，作为预生产型从1971年6月1日开始试飞，在不同飞行条件下对机上各个系统进行检验。图波列夫设计局还另外制作了两具机体用于地面静态测试，根据结果再对将要批量生产的图-144S做出后续改动。遗憾的是，1972年12月23日，84岁的一代宗师老图波列夫与世长辞，没能看到图-144正式服役的那一天。此时图-144S已经转由沃罗涅日飞机制造厂组装，所有人都期待着下一年它们就能投入运营。
生产线上正在组装的图-144机身
正在进行静力测试的图-144机身
起落架测试
生产型的图-144多出了一对被戏称为“兔子耳朵”的可伸缩小翼
图-144的驾驶舱布局
惊天事故促变身
1973年5月底，苏联“战马”再度亮相巴黎布尔歇机场参加航展，这又是一次与“协和”同场较劲的大好机会。这回来的是刚出厂一年的第二架图-144S（注册号77102），它在6月2日顺利完成了第一场飞行表演。第二天图-144S还是排在“协和”之后登场，先是在机场上空进行了10分钟的绕圈通场，展示低空低速下的飞行性能，然后沿着看台前的跑道方向迅速爬高。就在现场30多万观众面前，上升中的77102号机突然发生侧倾，随即变成向下俯冲，接着左翼有部分脱落并起火。飞机很快失控解体，最终坠落到跑道尽头5千米外的古森维尔镇，造成机上6名机组人员和地面8人罹难，另有26人受伤。
图-144S（注册号77102）的残骸
空难发生后，法国和苏联双方立即展开了联合调查工作，然而对事故的真正原因一直没有明确的定论。来自西方的说法是，苏联官员事先要求图-144S的表现要压倒“协和”，使得飞行员出于“炫技”目的违反了安全操作规程，导致发动机或操纵系统发生故障，机体过载超过承受极限而解体。苏联方面则归咎于法国派出的一架“幻影”战斗机，这架负责航拍的战斗机当时过于接近图-144S，后者为避免相撞不得不急剧转向，才造成了飞机失控。不过后来也有人推测，机组人员的意外失误或是机载设备失灵才是罪魁祸首。尤其蹊跷的是，机上的“黑匣子”也就是飞行记录仪始终没能找到，这又引发了不少传言。有说是美国特工捷足先登拿走了记录仪，企图分析出苏联的航空科技水平。也有说是苏联人自己隐瞒了相关证据，不想公开其中的重要信息。
1973年的巴黎航展上图-144与“协和”正面争锋，却以坠毁收场
无论真相如何，这毕竟是超音速客机第一次失事，而且还是发生在最著名的国际航展上，颇让处处都要彰显比西方更优越的苏联人颜面无光。不过新机型出现严重事故并非鲜见，一次坠机也不能证明飞机本身就存在致命缺陷，因此这并没有浇灭研制人员的信心，继续加紧改进和生产工作。当小图波列夫升任设计局的总设计师后，图-144项目改由瓦伦丁·布里兹纽克负责（他后来也是图-160战略轰炸机的主设计师）。由于图-144S的航程仍低于预期，下一步的改进重点是换用库列索夫设计局的RD-36-51A高压缩比涡轮喷气发动机，这比NK-144F重量更轻，油耗也更低，而且不需加力燃烧室就可达到196千牛的最大推力。
NK-144发动机剖面图
RD-36-51A发动机剖面图
