Успешные запуски первых искусственных спутников дали мощный толчок развертыванию практических работ в области пилотируемой космонавтики. На передний план вышло скорейшее подтверждение возможности создания аппаратов, которые могли бы не только облетать Землю по орбите, но и выполнять некие полезные действия. Для военных это были, конечно, не регистрация космических лучей, микрометеорных потоков или измерение температуры и плотности верхних слоев атмосферы (что, конечно, само по себе важно), а прежде всего наблюдение и разведка. Причем для уровня техники конца 1950-х годов было характерно некое недоверие к «глупой и ненадежной электронике»: ну кто бы мог подумать, что ящик с радиолампами, переплетениями проводов, массивными катушками трансформаторов и блоками реле сам сможет искать военные объекты на территории противника, пролетая над ней с огромной скоростью на высоте нескольких сот километров? Конечно, на спутнике должен находиться человек...
Авиационные конструктора предполагали, что первым пилотируемым космическим кораблем станет некий симбиоз ракеты и скоростного самолета. Об этом свидетельствуют работы, проведенные в самом конце 1950-х годов в крупнейших авиационных КБ Советского Союза и проектно-конструкторских отделах сильнейших авиастроительных корпораций Соединенных Штатов. Однако время показало ошибочность взглядов корифеев авиации. Причем ошибка вкралась не в инженерные расчеты, а в неумение приспособиться к меняющейся политической ситуации. На базе результатов, полученных в ходе выполнения предыдущих научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, в том числе по темам «Буря» и «Буран», специалисты ЦАГИ приступили к исследованию гиперзвуковых пилотируемых и беспилотных ЛА по заказам организаций, уже начавших разработку пилотируемой космической техники.
В конце 1950-х военно-политическое руководство страны стало обращать самое пристальное внимание на возможность решения важных военных и военно-политических задач путем освоения и использования новой среды - космического пространства и верхних слоев атмосферы. Этим непреминул воспользоваться руководитель ОКБ-1 Госкомитета по оборонной технике (ГКОТ) Сергей Павлович Королёв. Оснащение третьей ступенью межконтинентальной баллистической ракеты Р-7, с помощью которой на орбиту были запущены первые в мире ИСЗ, позволяло увеличить массу ПГ, выводимого на низкую околоземную орбиту, с 1,5 до 5 т. Такой прирост энергетических возможностей переводил пилотируемые полеты из области фантазий и предварительных изысканий в практическую плоскость.
В соответствии с Постановлением Совмина № 569-264 от 22 мая 1959 г ОКБ-1 приступило к созданию объекта 1К («Восток-1») для экспериментальной отработки основных систем и конструкции автоматического спутника-разведчика, а также спутника, предназначенного и для полета человека. Последние слова попали в Постановление не случайно. В середине августа 1958 г проектный отдел №9 ОКБ-1 (руководитель - Михаил Клавдиевич Тихонравов) подготовил технический отчет «Материалы предварительной проработки вопроса о создании спутника Земли с человеком на борту». Выбор варианта конструктивно-компоновочной схемы корабля-спутника проводился широким фронтом. Наиболее детально специалисты ОКБ-1 прорабатывали варианты с баллистической схемой посадки. Однако значительная масса ПГ, выводимая на орбиту, позволяла рассматривать и крылатую схему. Результаты проектных проработок первой космической ракеты-носителя на базе «семерки» были доведены до сведения руководства ведущих авиационных предприятий страны. Сергей Павлович знал об этом; больше того, по его просьбе возможные решения по созданию пилотируемых космических кораблей различных схем прорабатывались в других организациях.
Советским авиационным конструкторам, которые под давлением политического руководства страны были вынуждены постепенно отходить от основной самолетостроительной тематики в пользу ракетно-космической, вполне логичной и правильной представлялась тогда идея воздушно-космического аппарата. Бурный рост скоростей и высот послевоенной авиации, казалось, предрекал неминуемый переход от сверхзвуковых к гиперзвуковым и космическим полетам. За рубежом широко освещалась программа X-15, которая подавалась как «планомерный шаг в освоении космоса с помощью средств, присущих как авиации, так и ракетно-космической технике». В печати мелькали сведения о том, что американские военные уже давно ведут разработку ракетопланов, которые могли бы служить разведчиками, истребителями спутников или орбитальными бомбардировщиками. Сообщалось о проекте создания одноместного космоплана Dyna-Soar сначала для экспериментов в космосе, а затем и для возможного военного применения.
Все это готовило почву для появления отечественных работ аналогичного характера. Первые официальные упоминания о «космолетах» - аппаратах типа самолетов, способных летать на чрезвычайно больших высотах и в околоземном космосе, появились в 1958 г. в планах Министерства обороны СССР, очерчивавших основные направления деятельности советских ВВС на ближайшие 25 лет Предполагалось, что разрабатываемые аппараты смогут достичь скоростей свыше М=10 и высот полета более 60 км. Вскоре в ряде ОКБ Госкомитета по авиационной технике началась разработка проектов пилотируемых ракетопланов.
Как мы помним, ОКБ П. В. Цыбина, которое в годы Великой Отечественной войны занималось десантными и военно-транспортными планерами, во второй половине 1940-х разрабатывало экспериментальные гиперзвуковые планеры. В 1950-х велось проектирование тяжелой управляемой ракеты РСС и стратегического бомбардировщика-разведчика РСД для запуска с самолета-носителя Ту-95Н А. Н. Туполева или А-57 Р. Л. Бартини. В 1956 г было организовано ОКБ-256 ГКАТ (главный конструктор - П. В. Цыбин) для создания высотного сверхзвукового стратегического реактивного самолета-разведчика РСР с маршевой скоростью полета, соответствующей числу М=3. Работы в новом направлении шли очень трудно, а вскоре над конструкторским бюро нависла угроза расформирования в связи с общей переориентацией страны на ракетную технику.
Чтобы адаптироваться к новым условиям и избежать закрытия ОКБ-256, его руководитель в 1958 г по договоренности с С.П.Королёвым предложил создать ЛА, стоящий на стыке авиационной и ракетной техники: по современной терминологии его можно было бы назвать ракетопланом или планирующим космическим аппаратом (ПКА) для пилотируемого полета в космос и возвращения с орбиты за счет спуска на крыльях. Предполагалось, что ПКА стартовой массой 3500 кг и посадочной массой 2600 кг будет выводиться под головным обтекателем трехступенчатого носителя, создаваемого в ОКБ-1 на базе «семерки» на орбиту высотой 300 км, ведя в течение суток разведку и передавая информацию на Землю по радиоканалу. Затем с помощью тормозного ЖРД он сводится с орбиты и начинает спуск в атмосфере.
Оригинальной идеей П. В. Цыбина было использование складного крыла. Опираясь на опыт разработки самолета РСР и исследования высокоскоростной аэродинамики, проведенные в ЦАГИ, специалисты ОКБ-256 понимали, что им не удастся создать крыло, передняя кромка которого выдержит прямой вход в атмосферу с температурой в 3000-6000 °С. Поэтому в зоне интенсивного торможения и нагрева ПКА шел «брюхом вперед», рассеивая тепло в атмосферу с помощью донного теплозащитного экрана, а сложенное шалашиком крыло пряталось в аэродинамической тени корпуса. Последний имел небольшое аэродинамическое качество (0,6) и при угле атаки 60° позволял превратить баллистический спуск с орбиты в управляемый (стабилизация и управление - с помощью реактивных сопел на перекиси водорода и воздушных рулей в хвостовой части аппарата).
После снижения скорости до М=2 (500-600 м/сек на высоте 20 км) раскаленный теплозащитный экран сбрасывался, и раскрывались консоли крыла. Пройдя весь диапазон скоростей от высокого сверхзвука до дозвука, аппарат с высоты 10 км планировал с постоянной дозвуковой (индикаторной) скоростью и аэродинамическим качеством 4,5. Посадка выполнялась на специально подготовленную грунтовую площадку с использованием лыжного шасси «велосипедного» типа. Вертикальная скорость снижения не превышала 2 м/сек, а удельная нагрузка на несущую поверхность - 90 кгс/м.
Фюзеляж аппарата сварной конструкции (стальная обшивка и силовой набор) использовался для размещения кабины пилота и оборудования. Тепловой экран (щит) в нижней части фюзеляжа включал пластиковую (кремниево-органическую) теплозащиту толщиной 100 мм и крепился к фюзеляжу через теплоизоляционные маты толщиной 70 мм с воздуховодами для охлаждения конструкции. Носок щита, а также передние, наиболее теплонапряженные кромки рулей-элевонов и вертикальных стабилизаторов предлагалось охлаждать жидким литием. По расчетам, максимальная температура на передней части щита и кромках рулей могла достичь 1200°С, в отличие от верхней части фюзеляжа, где ожидался нагрев всего до 400°С. Внутри фюзеляжа находились два алюминиевых гермоотсека: кабина космонавта и приборный отсек. Космонавт сидел перед приборной панелью в катапультном кресле, имевшем три положения (стартовое, рабочее и для отдыха). Здесь же располагалось оборудование системы жизнеобеспечения. Кабина имела три иллюминатора - два боковых и один верхний, для астронавигатора.
В случае аварии ракеты-носителя на высоте до 10 км космонавт катапультировался из кабины, а на больших высотах предполагалось аварийно отделить ПКА, раскрыть крыло и спланировать. Снизу и сзади к теплозащитному щиту примыкала навесная ДУ, закрытая обтекателем. Здесь располагались два ЖРД - тормозной и корректирующий, а также баки с топливом (азотная кислота и керосин) и арматура подачи. На ДУ монтировались датчик инфракрасной вертикали и радиатор-излучатель системы терморегулирования в орбитальном полете. ДУ отделялась от ПКА на высоте 90 км после выдачи тормозного импульса.
П.В. Цыбин часто встречаясь с С. П. Королёвым и держал его в курсе работ своего конструкторского бюро. Сергей Павлович отметил сходство ПКА с лаптем, после чего специалисты стали называть свое детище «лапотком». Представители ОКБ-1 участвовали в подготовке чертежей на компоновку аппарата и его сопряжение с РН. Для аэродинамических расчетов и продувок были подключены специалисты ЦАГИ и ВИАМ. При продувках было выяснено, что максимальная температура экрана и кромок рулей превышает расчетную, система охлаждения с жидким литием слишком сложна, а для деталей механизации крыла необходимо подобрать новые материалы. Для демонстрации принципов работы системы П. В. Цыбин принял решение провести испытания аппарата-аналога.
Эскизный проект ПКА был подписан 17 мая 1959 г, а на следующий день показан С.П.Королёву, который одобрил его и сразу же послал письмо в ГКОТ: «Главный конструктор П. В. Цыбин по заданию ОКБ-1 подготовил предложение по созданию планирующего аппарата для спуска с орбиты и посадки на Землю... Из предложения видно, что его осуществление представляет практическую инженерную задачу, которая при соответствующих условиях может быть выполнена в самое ближайшее время. Учитывая изложенное, мы поддерживаем предложение организации т. Цыбина П. В. и ходатайствуем о дополнительном включении в проект плана по космическим исследованиям темы по планирующему аппарату для спуска с орбиты и посадки на Землю, утверждении в качестве головного исполнителя темы названной организации и привлечении необходимых смежных организаций».
Однако кампания против военного самолетостроения сделала свое дело: в октябре 1959 г ОКБ-256 было передано сначала в ОКБ-23 В. М. Мясищева, а осенью 1960 г, вместе с расформированным ОКБ-23 коллектив влился в ОКБ-52 В.Н.Челомея. Работа в рамках проектов нового генерального конструктора П. В. Цыбина не устраивала, и в конце 1960 г он перешел в ОКБ-1 на должность заместителя С. П. Королёва. С. П. Королёв еще долго не снимал с повестки дня планирующий спуск с орбиты (так, 9 сентября 1959 г было утверждено и согласовано с директором ЦАГИ А. И. Макаревским техническое задание на рассмотрение ПКА), однако сам подобными аппаратами не занимался и для первого пилотируемого корабля «Восток» выбрал более простую и надежную баллистическую схему, требовавшую наименьших затрат времени и средств при экспериментальной отработке.
