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.