Программа создания космоплана X-20 Dyna-Soar («Dynamic Soarer») занимает совершенно особое место в истории американской и мировой техники. По сути, это был первый детально проработанный проект воздушно-космического аппарата, дошедший до стадии изготовления «железа». И хотя программа была закрыта еще до начала полетов, именно она заложила основы транспортной космической системы Space Shuttle и дала толчок к обширным исследованиям в области гиперзвуковой авиации и многоразовых воздушно-космических аппаратов. Параллельно с работами по системе Navaho в США рассматривались другие приложения метода достижения больших дальностей и скоростей, описанного доктором Зенгером в проекте бомбардировщика-«антипода». И, в отличие от межконтинентальной сверхзвуковой КР, все они так или иначе долетали до космоса, полагаясь целиком на ракетные двигатели и крыло.

Теоретические работы по использованию аэробаллистических ракет для пассажирских перевозок были проведены в 1949 т. выходцем из Китая доктором Цянь Сюэсэнем, профессором Калифорнийского технологического института, который впоследствии возвратился в КНР и возглавил китайскую космическую программу. По его планам ракета со стартовой массой 50 т после вертикального старта и полета по баллистическому эллипсу достигала апогея траектории и начинала спуск. Через 15 минут аппарат входил в атмосферу и переходил в равновесное планирование на высоте 13 км. Весь полет продолжался менее часа и заканчивался горизонтальной посадкой на ВПП со скоростью 280 км/ч. За это время ракета пролетала примерно 4800 км расстояние от Лос-Анжелеса до Нью-Йорка.

После Второй мировой войны бывший директор немецкого ракетного центра Пенемюнде Вальтер Дорнбергер и научный сотрудник того же центра Краффт Эрике, получив американское гражданство, стали работать в фирме Bell Aircraft, где спроектировали аппарат, подобный антиподному бомбардировщику. В начале 1952 г. они даже ездили во Францию, тщетно пытаясь уговорить Эйгена Зенгера и Ирен Бредт переехать в Штаты, чтобы тоже работать у Белла. Первые прорисовки компании Bell были незамысловатыми вариациями на тему «антипода», но вскоре прямое крыло с клиновидным профилем уступило место дельтавидному, более свойственному для поздних концепций. Фирма уделяла много внимания проблемам входа в атмосферу, особенно в области теплозащиты, рассматривая как активные способы (циркуляция жидкости), так и пассивные (теплоизлучение, теплопоглощение и абляция).

17 апреля 1952 т. Bell предложила построить для ВВС США пилотируемый «бомбардировщик-ракету» BoMi (Bomber-Missile): суборбитальный аппарат для полета на дальность примерно 4800-5000 км, способный развивать на высоте 30 км скорость, соответствующую числу М=4,0. Система включала стартовый ускоритель с пятью двигателями и дельта-видным крылом и планирующую маршевую ступень с тремя двигателями и крылом, имеющим в плане форму двойной дельты (как у будущих сверхзвуковых лайнеров Ту-144 и Concorde). Большая часть конструкции пилотируемой (экипаж - два человека) первой ступени длиной почти 120 футов (36,6 м) и размахом крыла 60 футов (18,3 м) должна была изготавливаться из различных алюминиевых сплавов, а «горячие» передние кромки крыла - из титана. Одноместная вторая ступень была вдвое короче - 60 футов (18,3 м) и снабжалась крылом размахом 35 футов (10,7 м). В отличие от ускорителя, вторую ступень предполагалось полностью изготовить из титановых сплавов, используя систему радиационного охлаждения.

Проектная стартовая масса аппарата BoMi должна была составлять 800000 фунтов (363 т), включая боевую нагрузку - ядерные бомбы общей массой около 4000 фунтов (1800 кг). Ракетное топливо для обеих ступеней - долгохранимое самовоспламеняющееся - азотный тетроксид (AT) и несимметричный диметилгидразин (НДМГ). Двигатели ускорителя работали в течение двух минут, после чего вторая ступень отделялась и продолжала разгон на собственном ЖРД. Первая ступень в планировании возвращалась к месту старта, совершала посадку на аэродром, ремонтировалась (если нужно) и использовалась повторно. В момент прохождения точки максимального скоростного напора тяга двигателей снижалась для уменьшения нагрузок на планер и экипаж.

В мае 1952 г. компания Bell сообщила, что для проведения анализа реализуемости проекта ей требуется почти 400 тыс.$. Был также предложен орбитальный вариант с цельнотитановым стартовым ускорителем длиной 144 фута (43,9 м) и второй ступенью длиной 75 футов (22,8 м), которая должна была нести ПГ массой 14 000 фунтов (6350 кг). Ступень предполагалось покрыть графитово-эпоксидным абляционным тепловым экраном на сотовой подложке. Проектанты рассчитывали, что такое покрытие можно будет восстанавливать после каждого полета. Орбитальный аппарат мог нести в заднем отсеке, скомпонованном по типу бомбоотсека палубного самолета A-5 Vigilante, две ядерные бомбы на специальных узлах подвески. Космический вариант BoMi должен был оснащаться ЖРД, работающими на жидком кислороде (ЖК) и жидком водороде (ЖВ).

Предварительная защита проекта BoMi состоялась 10 апреля 1953 т. и вскрыла несколько серьезных дефектов. Так, трудности с охлаждением воспринимались неадекватно, а показатели аэродинамического качества закладывались чересчур оптимистично. Тем не менее 1 апреля 1954 г ВВС заключили с фирмой Bell годовой контракт на сумму 220 тыс. $ для исследования «Системы оружия MX-2276» - ракетоплана для выполнения разведывательных и ударных (бомбометание) миссий, развивающего максимальную скорость 24 000 км/ч на высоте 79 км и имеющего проектную дальность около 17000 км. Официальный срок работы по контракту истек в мае 1955 г, но Bell продолжил исследования на собственные средства, к 1 декабря 1955 т. использовав целых 420 тыс. $ на изучение различных вариантов BoMi и системы MX-2276. Усилия белловцев подстегивал тот факт, что в мае 1953 г. ВВС заключили с компанией Boeing контракт на проработку альтернативной концепции ракетоплана по «Проекту MX-2145» (изучение возможного развития стратегического бомбардировщика средней дальности B-58 Hustler фирмы Convair). Проект BoMi в различных вариациях разрабатывался в течение трех лет. Никакого выхода на «железо» он не имел.

4 января 1955 г. ВВС выдали требования SR-12 к разведывательному аппарату с дальностью полета 4800 км на высоте более 30 км, которые легли в основу технического задания на «System 118P». Вскоре к системе проявили интерес несколько подрядчиков, среди которых был и Bell. Компания получила контракт стоимостью 125 тыс. $ (заключен 21 сентября 1955 г.), который предполагал исследование применимости к «System 118P» технологий, разработанных для BoMi, и мог трактоваться как расширение контракта в рамках исследования MX-2276. Компания Bell предложила разбить работы по «System 118P» на три этапа. На первом рассматривался аппарат дальностью 8000 км, на втором - 16 000 км. На последнем этапе разрабатывался орбитальный аппарат с глобальной (неограниченной) дальностью. Эти идеи были восприняты ВВС: к 1 декабря 1955 т. (как раз тогда, когда у «Белла» кончились деньги на НИР, а у военных - терпение выслушивать доклады о новых вариантах BoMi) компания представила детальные предложения, касающиеся этих требований.

Исследования, проводившиеся по проекту BoMi и по «System 118P», были объединены 20 марта 1956 г., и военные выдали фирме Bell Aircraft контракт стоимостью 746 тыс. $ (позже увеличенный до 1,2 млн) на исследование «Системы разведки 459L», также известной как проект Brass Bell. В нем определялись требования к новой пилотируемой высотной разведывательной платформе, которая должна была поступить на вооружение ВВС в III квартале 1959 т. В ноябре 1956 г. ВВС попросили NACA провести экспертизу исследовательских работ по ракетопланам, которые вели компании Bell и Boeing. Директор NACA Хью Драйден сформировал специальную комиссию, чтобы оценить эти усилия и рекомендовать подходы к исследованиям гиперзвукового и орбитального полета. В декабре 1956 т. был предложен «рабочий» вариант аппарата Brass Bell с запуском на двухступенчатой МБР Atlas: разгон до скорости 5400 м/с на высоте 52 км позволял получить расчетную дальность «аэробаллистического» полета порядка 10000 км. Инженеры Bell отмечали, что, добавив еще одну ступень, можно довести дальность до 18 500 км и максимальную скорость до 6700 м/с.

Рассматривая ракетоплан прежде всего как разведывательную платформу, военные также изучали возможность его применения в качестве бомбардировщика. 19 декабря 1955 г ВВС попросили представителей аэрокосмической промышленности провести анализ и определить задачи пилотируемого гиперзвукового бомбардировщика. На запрос откликнулись шесть компаний - Boeing, Convair, Douglas, McDonnell, North American и Republic. 12 июня 1956 г. были выпущены требования SR-126 для исследований ракетного бомбардировщика RoBo (Rocket Bomber). В результате три подрядчика - Convair, Douglas и North American - в декабре 1956 г. получили средства на общую сумму 860 тыс. $ для НИР по определению технической реализуемости большой пилотируемой гиперзвуковой бомбардировочной системы (масса доставляемого груза - от 1500 до 25000 фунтов, те. от 680 до 11340 кг) с помощью технологий, исследуемых в проектах BoMi и Brass Bell. Предполагалось, что в качестве второстепенной задачи аппарат мог проводить разведывательные операции. Тема оказалась настолько интересной, сложной и перспективной, что подрядчики продолжили исследования концепции за счет собственных средств, к концу 1957 г израсходовав в общей сложности 3,2 млн $.

В поддержку проектов Brass Bell и RoBo ВВС США инициировали программу НИР «Система изучения гиперзвукового оружия» HYWARDS (Hypersonic Weapons Research and Development Supporting System), формализованную в требованиях SR-131, выпущенных 6 ноября 1956 г. В рамках этой программы, получившей обозначение «System 455L», предполагалось собрать данные по аэродинамике, конструкции, возможностям человека в контуре управления и другим проблемам, связанным с высокоскоростным (М=15,0) полетом в атмосфере и с возвращением из космоса. HYWARDS должен был также служить летающей лабораторией для испытания подсистем, которые могли использоваться в будущем. В первых полетах аппарат должен был запускаться с самолета-носителя, подобно ракетным самолетам серии X. В дальнейшем предполагался вертикальный пуск с использованием доработанной МБР в качестве стартового ускорителя. Теоретически, если бы возникла такая необходимость, пилотируемый аппарат HYWARDS мог быть модифицирован для достижения орбитальной скорости.

Отметим, что 1 октября 1956 г., после запроса Командования научно-исследовательских работ ВВС (Air Research and Development Command, ARDC) специалисты NACA начали изучение необходимой модификации пилотируемого исследовательского ракетоплана X-15. Рассмотрение возможных конфигураций аппарата HYWARDS вели две независимые группы NACA (одна - из Лаборатории имени Лэнгли, другая - из Лаборатории имени Эймса). Первую возглавлял Джон Беккер, который в значительной степени отвечал за проект X-15. Последний отчет Лэнгли, выпущенный 17 января 1957 г., содержал удивительное открытие, состоявшее в том, что проектную скорость HYWARDS желательно увеличить до М=18! Анализ заказывал, что на этой скорости на крылатые ЛА воздействуют максимальные температурные нагрузки, так как на еще большей высоте, необходимой для полета со скоростью более М=18, аэродинамический нагрев уменьшается, а в космосе и вовсе незначителен.

Расчеты, проведенные Питером Корицински (Peter F. Koiycinski) и Джоном Беккером, показали основные преимущества конфигурации с плоской нижней поверхностью дельтавидного крыла и фюзеляжем, размещенным в относительно холодной верхней области, находящейся в аэродинамической «тени» крыла. Конфигурация с плоским днищем имела наименьшую возможную критическую область нагрева для данной нагрузки на крыло. Так можно было уменьшить потребности в теплозащите независимо от того, была ли это абляция, «горячая конструкция» или другие методы. Предложенная конфигурация значительно отличалась от более ранних проектов фирмы Bell со среднерасположенным крылом. Впервые было доказано, что аэродинамические решения могут значительно уменьшить нагрев и нагрузки на конструкцию, связанные с гиперзвуковым полетом. Эта идея впоследствии значительно повлияла на концепцию аппарата Dyna-Soar, да и на Space Shuttle тоже.

Исследовательская группа во главе с Альфредом Эггерсом (Alfred J. Eggers) и Харви Алленом (Harvey Allen) из Аэронавтической лаборатории имени Эймса предложила свой вариант HYWARDS, который по существу был производной от разработанного там же ранее аппарата-демонстратора, рассчитанного на скорость, соответствующую М=10. «Эймсовский» аппарат имел дальность полета всего 3200 км по сравнению с 5150 км, которые обещали разработчики из Лаборатории Лэнгли. Чтобы достичь высокого аэродинамического качества, равного 1,71, предполагалось использовать подъемную силу, создаваемую за счет интерференции, когда область давления от фюзеляжа распространяется на крыло. К сожалению, в этой концепции весь фюзеляж располагался в области горячего потока и требовал специального охлаждения. Соответственно дополнительная масса для теплозащиты каркаса быстро перевешивала преимущество от наличия более высокого аэродинамического качества.

Джон Беккер пытался разработать ЛА, который мог выдерживать возвращение в атмосферу, используя «горячую конструкцию», объединяющую радиационное охлаждение с теплопоглощением, как в ракетоплане X-15, но с применением более жаропрочных материалов и воды для испарительного охлаждения. Обзор предложений, представленных подрядчиками по проекту RoBo, состоялся 20 июня 1957 г. Компании Bell и Douglas выбрали трехступенчатый аппарат типа ракетоплана, Convair - аппарат с третьей ступенью, оснащенной комбинированной ДУ с ракетным и турбореактивным двигателями. North American предложила достаточно традиционный двухступенчатый аппарат, Boeing - беспилотный ракетоплан, названный «планирующим управляемым снарядом» (glide-missile), а фирма Republic хотела построить малый беспилотный ЛА, напоминающий перехватчик проекта XF-103 с маршевым гиперзвуковым ПВРД, стартующий с помощью некоего нового трехступенчатого ускорителя.

После анализа предложений заказчики из ВВС решили, что концепция ракетоплана вполне жизнеспособна и что примерно к 1970 г. можно ожидать создания системы оружия на ее основе. Позднее экспертная комиссия заключила, что экспериментальный ЛА сможет совершить первый полет к 1965 г., а полностью готовая к боевой эксплуатации система типа RoBo могла бы появиться к 1974 г. (что было весьма оптимистично для столь новаторского проекта). В конце 1957 г. «белловцы» Дорнбергер и Эрике предложили двухступенчатый пассажирский вариант BoMi с параллельным соединением ступеней - вторая «сидела на спине» первой. Концепция подобного типа называется у американцев piggyback и будет неоднократно встречаться нам в описаниях воздушно-космических систем. Первая - стартовая - ступень имела пять ЖРД, а вторая - пассажирская - три. Ожидалось, что аппарат будет стартовать вертикально при помощи двигателей обеих ступеней, работающих совместно в течение 230 сек, затем первая отделяется и планирует обратно, чтобы совершить посадку. Пассажирская ступень продолжает полет на дальность 4800 км в течение примерно 75 мин на высоте около 46 км.

В марте 1960 г. фирма Bell Aircraft объявила о планах создания гиперзвуковой пассажирской транспортной системы, основанной на результатах работ Дорнбергера и Эрике. Ожидалось, что система могла быть введена в действие... в середине 1980-х годов. Первая ступень - самолет с дельтавидным крылом, оснащенный шестью мощными воздушно-реактивными двигателями, функционирующими в трех различных режимах: как обычный турбореактивный - до высоты 15 км; в переходной фазе - как комбинированный турбопрямоточный и, наконец, как чисто прямоточный на высоте более 36 км и при скоростях, соответствующих числам М>5,2. Суборбитальный ВКА, предложенный Bell Aircraft, включал собственные двигатели в момент разделения и разгонялся по рельсовым направляющим, проложенным по верхней части нижней ступени. Он имел максимальную высоту полета 64 км и скорость примерно 24000 км/ч. Вспомогательные турбореактивные двигатели позволяли ему маневрировать перед посадкой, которая могла выполняться в любом обычном аэропорту. Эта концепция - побочный продукт военных исследований - умерла прежде, чем началась какая-либо серьезная конструкторская работа...