Одноступенчатым ВКС целесообразно было решать все задачи, связанные с выведением грузов малой и средней размерности на относительно низкие орбиты. Эксплуатационная гибкость подобного ВКС позволяла один и тот же летательный аппарат использовать для выполнения практически любого из возможных заданий с помощью системы сменных модулей.
В 1968-1971 годах в ОКБ А.Н.Туполева в проработке находилось несколько технических предложений по ВКС с горизонтальным стартом и посадкой. Взлетная масса летательных аппаратов, согласно предлагавшихся проектов, достигала 300 и более тонн. В качестве силовой установки предлагалось использовать ЖРД на тепловыделяющих элементах с использованием ЯСУ, в качестве рабочего тела - водород. Рассматривались варианты многоэтапного вывода полезных нагрузок с ВКС, находящихся на орбите вокруг Земли, на межпланетные орбиты с использованием ионных и плазменных маршевых двигателей.
В тот период основное внимание ОКБ было сосредоточено на СПС-1 и многорежимных тяжелых боевых самолетах, а потому на развертывание крупномасштабных и дорогостоящих исследовательских работ по одноступенчатым ВКС не было ни средств, ни свободных необходимых научно-технических людских ресурсов. Кроме того, до первых успехов в американской программе по «Спейс Шаттл» военные не проявляли особого интереса к проектам отечественных ВКС, делая ставку в оборонных космических программах на традиционные ракетно-космические системы, поэтому все эти оригинальные предложения ОКБ не вышли из стадии эмбрионального состояния.
В качестве иллюстрации работ того периода можно привести материалы по проекту ВКС с ядерным ракетным двигателем (ЯРД).
Работы по ВКС с ЯРД начались в ОКБ совместно с рядом предприятий и организаций отрасли в 1966 г. В качестве основной силовой установки предполагалось использовать газофазный ядерный ракетный двигатель, который должен был иметь следующие основные особенности, влиявшие на компоновку ВКС:
- рабочее тело с малой удельной плотностью- жидкий водород;
- высокий удельный импульс;
- большая тяга (до 600 тс);
- жесткие ограничения по боковым перегрузкам;
- недопустимость глубокого дросселирования ЯРД;
- радиоактивность ракетной струи;
- наличие на борту ядерного реактора высокой мощности, который одновременно с полезной работой по нагреву рабочего тела являлся сильнейшим источником радиоактивного излучения.
Высокий удельный импульс, превышавший в несколько раз удельный импульс лучших ЖРД того периода, в сочетании с большой тягой, позволял спроектировать одноступенчатый, маневрирующий на орбите ВКС с взлетной массой 400 - 500 т. Относительная масса полезной нагрузки (масса экипажа, специального оборудования, необходимого на орбите и запас топлива, неизрасходованного к моменту выхода на орбиту) должна была составлять 11 - 17% стартовой массы системы. Это было в 2-3 раза больше относительной массы полезной нагрузки, выводимой двухступенчатой ракетной системой с кислородно-водородными ЖРД. Близкие параметры могли иметь лишь сложные двух-трехступенчатые системы с частично теряемыми ступенями, использующие такие неординарные технические решения, как накопление по полету окислителя или гиперзвуковое сгорание. Большая масса маневрирующего на орбите ВКС, во многом определявшаяся большой относительной массой радиационной защиты кабины (5 - 10%), приводила к высокой доли топлива в полезной нагрузке, выводимой на орбиту. За вычетом топлива, выводимого на орбиту, относительная масса полезной нагрузки определялась величиной 1,3 - 3,0 %. Ограничения по боковой перегрузке ЯРД приводило к необходимости выведения ВКС по баллистической траектории. При исследовании способа выхода на баллистическую траекторию предпочтение было отдано горизонтальному старту.
Предлагавшийся проект ВКС с ЯРД имел отношение взлетной массы к посадочной в пределах двух, то есть как у большинства тяжелых самолетов, а не 7 - 14, как у предлагавшихся в то время проектов ВКС с ЖРД с вертикальным стартом. Крыло и шасси ВКС, необходимые для горизонтальной посадки, одновременно обеспечивали и горизонтальный взлет. Из-за возможности заражения местности, старт и посадка ВКС с ЯРД должны были производиться с помощью ТРДФ, работающих на водороде. Суммарная взлетная тяга ТРДФ определялась в 240 тс. Большие размеры ВКС с ЯРД были вызваны необходимостью разместить большое количество жидкого водорода. Выполнение снижения с орбиты на больших углах атаки потребовали решения задачи обеспечения удовлетворительных запасов статической устойчивости на этих режимах полета за счет специальной выпуклой профилировки нижней поверхности ВКС. Для крыла ВКС была выбрана треугольная форма в плане с большой стреловидностью по передней кромке. На консолях крыла имелись кили площадью, составляющей 14 -25 % от площади крыла. Особенности центровки ВКС с ЯРД связаны с наличием в силовой установке ядерного реактора и необходимости обеспечения радиационной защиты экипажа и оборудования. Рациональным, сокращающим стартовую массу ВКС, решением был отказ от абсолютной защиты планера самолета от излучения и концентрация защиты лишь на далеко расположенной от реактора кабине экипажа. Ограничения по дросселированию двигателя потребовали разместить на борту ВКС кислородно- водородные ЖРД. Для торможения и схода с орбиты на ВКС предназначались специальные тормозные твердотопливные двигатели. При отработке системы радиационной защиты ВКС с ЯРД ОКБ использовало свой опыт работ по программе создания самолетов с ядерной силовой установкой, над которой ОКБ активно работало в 50-е годы (самолет-летающая лаборатория Ту- 95J1AJ1, проходивший летные испытания в начале 60-х годов с «холодным» и «горячим» реактором; проекты экспериментальных самолетов Ту- 119 и Ту-120, проект самолета ПЛО с ЯСУ).
