В камере дожигания размещается твердотопливный заряд стартовой ступени - обычная шашка из баллиститного топлива ВИК-2 массой 172 кг с бронированными торцами (длиной 1,7 м и диаметром 290 мм, с цилиндрическим каналом диаметром 54 мм). Так как газодинамические условия работы твердотопливного двигателя на стартовом участке и ПВРД на маршевом участке требуют различной геометрии сопла камеры дожигания, по завершении работы стартовой ступени (длительностью 3-6 с) предусматривается отстрел внутренней части соплового аппарата со стеклопластиковой решеткой, удерживающей стартовый заряд. Стартовый заряд обеспечивает разгон ракеты до скорости Ml,5, включение и работа маршевого двигателя (ПВРД) позволяют ракете достичь скорости М2,8. Надо отметить, что именно в ракете З М 91 подобная конструкция впервые в мире была доведена до стадии серийного выпуска и принятия на вооружение. В дальнейшем, после организованного похищения израильтянами нескольких ракет 3М9 в ходе войны 1973 г. на Ближнем Востоке, советская ракета 3М9 послужила прототипом при создании ряда зарубежных зенитных и противокорабельных ракет.
Применение ПВРД обеспечило поддержание большой скорости ракеты 3М9 на всей траектории, что способствовало обеспечению высокой ее маневренности.
Подрыв осколочно-фугасной боевой части 3Н12 массой 57 кг производится по команде двухканального радиовзрывателя непрерывного излучения 3Э27.
Впоследствии было создано целое семейство ракет на базе 3М9, а именно: 3М9М1, 3М9М2, 3М9МЗ, 3М9МЗА и 3М9МА.
Общее время на все операции боевой работы (включение РЛС, обнаружение, захват цели на сопровождение, определение ее госпринадлежности, пуск ракет и уничтожение цели на дальней границе зоны поражения) подготовленный боевой расчет выполняет за 3 мин. Время сворачивания комплекса для занятия новой позиции составляет около 15 мин.
Сразу после принятия на вооружение комплекса «Куб» началась его модернизация. В январе 1973 г. на вооружение был принят модернизированный комплекс под шифром «Куб-М1».
В результате доработок были повышены его боевые возможности:
• расширены границы зоны поражения;
• предусмотрены прерывистые режимы работы РЛС самоходной установки разведки и наведения для защиты от противорадиолокационных ракет типа «Шрайк»;
• повышена защищенность ГСН от уводящих помех;
• улучшены показатели надежности боевых средств ЗРК;
• уменьшено примерно на 5 с работное время комплекса.
В результате следующей модернизации ЗРК (1974-76 гг.) создана модификация комплекса «Куб МЗ» со значительно повышенными боевыми возможностями:
• расширена зона поражения;
• обеспечена возможность стрельбы вдогон по целям со скоростями до 300 м/с и по неподвижным целям на высотах свыше 1000 м;
• увеличена средняя скорость полета ЗУР с 600 до 700 м/с;
• обеспечено поражение самолетов, маневрирующих с перегрузками до 8g;
• улучшена помехоустойчивость ГСН;
• уменьшена ближняя граница зоны поражения;
• увеличена на 10-15% вероятность поражения маневрирующих целей;
• улучшены надежность боевых наземных средств ЗРК и его эксплуатационные характеристики.
С 1967 г. по 1983 г. было выпущено более 500 ЗРК семейства «Куб» и несколько десятков тысяч ракет. На испытаниях и учениях выполнено более 4000 пусков ракет.
ЗРК «Куб» под шифром «Квадрат» поставлялся в вооруженные силы 25 стран (Алжир, Ангола, Болгария, Куба, Чехословакия, Египет, Эфиопия, Гвинея, Венгрия, Индия, Кувейт, Ливия, Мозамбик, Польша, Румыния, Йемен, Сирия, Танзания, Вьетнам, Сомали, Югославия и др.).
В 1998 г. предложен новый вариант модернизации комплекса «Круг». Вместо одной самоходной пусковой установки 2П25 в его состав была введена самоходная огневая установка (СОУ).
Разработано два варианта самоходной огневой установки: СОУ 9А38 с унифицированной пусковой установкой, позволяющей применять как 3 ракеты ЗРК «Куб», так и 3 новые ракеты, разработанные для ЗРК «Бук», и СОУ 9А310 с пусковой установкой, позволяющей применять 4 ракеты ЗРК «Бук».
ЗРК «Куб» с СОУ 9А38 принят на вооружение России под шифром «Куб-М4».
Вся аппаратура СОУ разработана на современной элементной базе и изготавливается по новейшим технологиям. Это позволило значительно увеличить ее надежность и срок службы. Применение для обработки информации СОУ цифровых вычислительных машин позволило упростить работу операторов и сократить экипаж СОУ до 3 человек вместо 4 в самоходной установке разведки и наведения. Снижен уровень шума и вибраций, установлен кондиционер.