В 1950 году ОКБ А.Н.Туполева получило задание исследовать возможность создания палубного торпедоносца-бомбардировщика с двумя двигателями ВК-1 со следующими данными:

Максимальная взлетная масса, т 15
Максимальная скорость на высоте 5000 м, км/ч 900
Практический потолок, м 12000
Дальность полета с 1500 кг бомб, км 1500
Длина разбега с 2 ускорителями при ходе авианосца в 20 узлов, м 220
Габарит со сложенным крылом по размаху, м 8
Длина самолета, м 15
Высота самолета, м 6
Стрелково-пушечное вооружение, единиц вперед 2
назад в КДУ 2
Калибр пушек, мм 23
Экипаж, чел 2

При рассмотрении проекта за основу была принята общая компоновка "самолета 81" с уменьшением всех массогабаритных параметров примерно на треть. Проработка задания показала, что имеется возможность уложиться в заданные габариты и обеспечить требуемые данные при взлетной массе 13-15 т и площади крыла 50-60 м2. Для дальнейших расчетов был выбран вариант со взлетной массой 14,8 т и площадью крыла 54 м2. Определенные трудности были связаны с размерами КДУ и прицельной радиолокационной станции ПРС-1 "Аргон".
Все тактико-технические данные были выполнимы за исключением длины разбега с палубы авианосца в 220 м, которая могла быть обеспечена только с использованием 4-х ускорителей.
"Проект 509" был доведен до стадии технического предложения с двумя вариантами носовой части фюзеляжа (от "самолета 81" или от "самолета 82"), с размахом крыла 18,2 м, площадью крыла 55 м2, удлинением крыла - 6, взлетной массой 15 т и бомбовой нагрузкой до 3000 кг.
Работы над "проектом 509" стали предтечей работ над проектом Ту-91.