Весь период после создания Ту-144 АНТК им. А.Н.Туполева вместе с ведущими отраслевыми научными центрами (такими, как ЦАГИ, ЦИАМ, ВИАМ, ЛИИ) не прекращали проработок по СПС второго поколения. Эти работы состоят из общего проектирования самолета, разработки его составных частей, а также научно-исследовательских и экспериментальных работ по созданию новых материалов, покрытий, технологических процессов. Опыт по созданию Ту-144 широко использовался при разработке Ту-244, а в 1993 г. два Ту-144Д переоборудуются под летающие лаборатории в рамках работ по СПС второго поколения. 
    В виду отсутствия финансирования, работы по созданию Ту-244 остались на стадии исследования, а летающая лаборатория Ту-144 приняла участие в совместной программе США и России по летным исследованиям в интересах разработки технологий для создания сверхзвукового пассажирского самолета нового поколения (HSCT).
    Межправительственным соглашением, подписанным в июне 1993 года, предусмотрено использование переоборудованного Ту-144Д в качестве летающей лаборатории для изучения вопросов аэроакустики и аэроупругости, создания базы данных по тепловому состоянию силовой установки на больших скоростях, отработки вопросов устойчивости и управляемости, оценки влияния земной поверхности на взлетно-посадочных режимах. Выбор в пользу Ту-144 (а не «Конкорда») был сделан благодаря его большей максимальной скорости полета, наличия убираемого ПГО и, вероятно, меньшей стоимости аренды.
    Для осуществления шестимесячной программы летных испытаний Авиационный научно-технический комплекс (АНТК) имени А.Н.Туполева предоставило летающую лабораторию - самолет Ту-144Д (выпущен в 1981 году, имел налет 82 ч 40 мин, бортовой номер - 77114), оборудованный системой аварийного покидания в полете и способный принять в свободный от кресел салон значительный объем измерительной аппаратуры. Он был выбран из 4 Ту-144, сохранившихся в пригодном для полетов состоянии. Радикальной переделке подвергнута силовая установка. Вместо двигателей РД-36-51А конструкции П.А.Колесова на Ту-144ЛЛ установлены форсированные ТРДД НК-32-1, применяемые на стратегическом бомбардировщике Ту-160. Это повысило его скорость с М=2,15 до 2,3. Для регистрации экспериментальных данных и параметров с целью подтверждения летной годности самолета на нем установлена новая система регистрации данных «Дамьен». Самолет буквально напичкан температурными датчиками и датчиками давления, трения обшивки, аппаратурой для измерения параметров пограничного аэродинамического слоя.
    Финансирование программы осуществлялось корпорацией «Боинг» при содействии компаний «МакДоннелл Дуглас» (недавно объединившейся с «Боингом»), «Рокуэлл», «Пратт энд Уитни» и «Дженерал электрик», а также Национальным аэрокосмическим агентством США. Хотя стоимость программы возросла с 9 до 14 миллионов $, программа Ту-144ЛЛ - всего лишь небольшая часть из $440 миллионного контракта NASA с Boeing и McDonnell Douglas по HSR (High Speed Research - высокоскоростным исследованиям).
    17 марта 1996 года на летно-испытательной базе АНТК имени А.Н.Туполева в Жуковском состоялась торжественная выкатка Ту-144ЛЛ. На митинге в честь этого события выступили заместитель председателя Госкомоборонпрома Анатолий Братухин, посол США в России Томас Пикеринг, генеральный директор АНТК имени А.Н.Туполева Валентин Климов, главный конструктор Александр Пухов, вице-президент корпорации Рокуэлл - Норт Америкен Лесли Лэкман, директор отдела НАСА Луи Дж. Вильямс и другие почетные гости.
    Летным испытаниям предшествовали наземные на специальных стендах, позволившие получить большое количество данных о работе двигателей, необходимых для разработки силовых установок будущего.
    К осени 1997 г. была выполнена серия из восьми полетов в широком диапазоне скоростей и высот (М>2, h>17 км). Затем последовали еще десять (всего намечалось -32). Пилотировали летающую лабораторию летчики-испытатели АНТК им. Туполева и ЛИИ им. Громова. В сентябре 1998 на Ту-144ЛЛ выполнили в ЛИИ 3 оценочных полета 2 летчика-исследователя НАСА.
    В июне 1999 АНТК имени Туполева и американская фирма «Боинг» успешно завершили программу совместных исследований на летающей лаборатории Ту-144ЛЛ по созданию перспективного сверхзвукового пассажирского самолета.