Ракетопланы, согласно Владимиру Челомею, представляли собой пилотируемые воздушно-космические самолеты многоразового использования. По сравнению с баллистическими кораблями "Восток", которые разрабатывались в тот период в ОКБ-1 Сергея Королева, ракетопланы ОКБ-52 должны были обладать способностью к маневрированию на орбите для сближения с другими космическими судами, их инспекции, а в случае необходимости — захвата.
Конструктивно ракетопланы подразделялись на три основные группы.
Первая группа — устройства типа "Капсула"; они имели форму конуса с затупленным носом, что позволяло снизить перегрузки и обеспечить более высокую теплозащищенность, но при этом лишало аппарат маневренности, исключая выбор места посадки. Посему предполагалось использовать комбинированную систему, получившую название "Кожух": капсула становилась теплозащитной оболочкой, внутри которой размещался аппарат самолетного типа со сложенными крыльями и оперением. После прохождения зоны максимального нагрева кожух сбрасывался, а крылатый аппарат с летчиком на борту осуществлял маневр и посадку на аэродром.
Вторая группа — ракетопланы типа "Конус", предназначавшиеся для перехвата вражеских спутников; они также имели форму конуса, но слабо затупленного и снабженного хвостовыми стреловидными рулями. Приземление на ракетоплане "Конус" могло осуществляться по нескольким схемам: например, парашютирование отделяемой кабины и катапультирование пилота.
Третья группа — ракетопланы типа "Крылатые"; они выглядели как классические самолеты и позволяли осуществлять посадку в заданном районе в любое время дня и ночи. Однако главной проблемой при их проектировании была теплозащита, поскольку крыло и заостренный нос подвергались высоким тепловым нагрузкам в плотных слоях атмосферы. "Крылатые" должны были стать космическими бомбардировщиками, истребителями спутников, разведчиками и возвращаемыми космическими станциями.
Двадцать первого мая 1960 года идеи Владимира Челомея обсуждались на научно-техническом совете Государственного комитета по авиационной технике (ГКАТ). Главный конструктор рассказал о межпланетном космоплане, о ракетоплане в варианте истребителя спутников, о крылато-баллистической ракете с самонаведением для поражения надводных и наземных целей, об управляемом спутнике-разведчике для целеуказания противокорабельным крылатым ракетам, о носителях с массой полезного груза 10–12 т, а также о дальнейших разработках в области проникновения человека в космос. Доклад был встречен с одобрением.
Четвертого июня состоялось заседание у заместителя Председателя Совета Министров Дмитрия Устинова с рассмотрением космических проектов ОКБ-52, на котором Сергей Королев высказал свою точку зрения на развитие ракетной техники, поддержав начинания Владимира Челомея. С учетом благосклонного отношения к предложениям ОКБ-52 во всех инстанциях 23 июня 1960 года вышло Постановление ЦК КПСС и Совета Министров "О производстве различных типов ракет-носителей, спутников, космических кораблей для военного применения в космосе в 1960–1967 годах", в котором бюро Челомея поручалось заняться конструкторскими работами по темам "ракетоплан", "космоплан", "управляемый спутник" и "управляемая боеголовка".
Специалисты в Реутове немедленно принялись за дело. Коллектив был усилен сотрудниками авиационных конструкторских бюро Владимира Мясищева и Семена Лавочкина. И прежде всего инженеры взялись за разработку универсальной ракеты "УР-200", способной забросить боеголовку на межконтинентальную дальность или вывести груз на низкую околоземную орбиту. Без такого инструмента Владимир Челомей не мог рассчитывать на реализацию своих амбициозных планов.
Следующим приоритетным направлением стали ракетопланы "Р-1" и "Р-2", запускаемые на орбиту носителем "УР-200". Беспилотный ракетоплан "Р-1" создавался для проверки всех агрегатов и систем в "боевых" условиях на орбите. На пилотируемом ракетоплане "Р-2" помимо испытательных задач предполагалась отработка космонавтом процедур контроля за оборудованием и наблюдения из космоса. Полная масса ракетопланов "Р-1" и "Р-2", оснащенных складным крылом переменной стреловидности, составляла по 6,3 т для каждого. Штатная траектория полета включала эллиптическую орбиту с перигеем 160 км и апогеем 290 км; полное время полета не должно было превышать 24 часов. Интересно, что с самого начала Челомей ставил перед своими подчиненными задачу создания космического аппарата, которым мог бы управлять рядовой летчик военной авиации, посему даже схема полета ракетопланов оптимизировалась таким образом, чтобы перегрузки на всех этапах не превышали привычные для таких пилотов.
Первым серьезным шагом ОКБ-52 в космос можно считать создание в начале 1960-х годов экспериментального аппарата "МП-1", проект которого был "узаконен" Постановлением ЦК КПСС и Совета Министров от 13 мая 1961 года "О разработке пилотируемых ракетопланов". Владимир Челомей вполне резонно полагал, что основными проблемами на пути создания ракетопланов и космопланов являются обеспечение управляемости и устойчивости летательных аппаратов при входе в атмосферу и создание эффективной теплозащиты. Данных о воздействии воздушной среды на летательный аппарат при скоростях выше трех звуковых попросту не было, как и стендов, позволявших провести моделирование этих непредсказуемых процессов в большом масштабе. Единственным способом проверки расчетно-теоретических исследований мог быть только натурный эксперимент. Первым таким испытанием и стал запуск экспериментального гиперзвукового летательного аппарата "МП-1". Изделие (длиной 1,8 м и массой 1,75 т) состояло из контейнера и заднего тормозного зонта. Контейнер представлял собой конус с большим удлинением, заканчивавшийся цилиндрической частью, на которой спереди устанавливались графитовые рули. В задней части располагался тормозной зонт, отдельные лепестки которого могли отклоняться при помощи пневмоприводов. На космическом участке полета стабилизация обеспечивалась соплами на сжатом воздухе, который подавался из баллона высокого давления, занимавшего носовую часть аппарата. Приземление производилось по трехступенчатой парашютной системе, что давало возможность изучить теплозащитные покрытия после полета. В процессе самого полета данные о состоянии "МП-1" передавались радиотелеметрической системой и фиксировались запоминающими устройствами.
Владимир Челомей всячески форсировал процесс, поскольку в условиях ожесточенной конкуренции различных бюро за космические заказы он должен был показать товар лицом. Инженеры в Реутово перешли на работу в три смены. В октябре 1961 года "МП-1" был собран и готов к отправке на испытательный полигон Капустин Яр.
Запуск экспериментального аппарата с помощью модифицированной одноступенчатой ракеты "Р-12" был произведен 27 декабря 1961 года. "МП-1" пролетел расстояние 1760 км с максимальной скоростью 3,8 км/с, поднявшись на высоту 405 км и совершив управляемый спуск в атмосфере. Задачи полета были выполнены полностью — причем впервые в мире был осуществлен спуск из космоса крылатого судна! К сожалению, этот выдающийся по тем временам прорыв был надолго засекречен.
Работы ОКБ-52 не исчерпывалась вышеописанными проектами. В течение 1961 года бюро Владимира Челомея проектировало пилотируемые космические самолеты "АК-3" и "АК-4", спускаемые с орбиты в контейнере, а также прорабатывало суборбиталь-ный ракетоплан "СР" и проводило анализ бомбардировочного ракетоплана "СП". Грандиозные космические успехи побуждали конструкторов рассматривать совершенно фантастические проекты: так, в космоплане "АК-3" предлагалось использовать ядерный ракетный двигатель с водородом в качестве рабочего тела. Чтобы предотвратить падение реактора на Землю, было решено снабдить его двигателем и уводить реактор на орбиту "захоронения" за счет его собственной тяги.
В 1962 году значительной практической разработкой ОКБ-52 стал аппарат "М-12" ("МП-2") — натурная модель маневрирующей головной части "АБ-200", создававшейся для "глобального" варианта ракеты "УР-200А" ("8К83"). Кроме того, "М-12" имитировал собой коническую капсулу, в которой предполагалось спускать с орбиты боевые ракетопланы. Для стабилизации и управления на атмосферном участке полета аппарат был снабжен четырьмя титановыми рулями в хвостовой части. На космическом участке управление обеспечивали жидкостные микродвигатели.
Пуск "М-12" на ракете "Р-12" был произведен 21 марта 1963 года. Аппарат массой 1750 кг разогнался по баллистической кривой с максимальной высотой полета 408 км и вошел в атмосферу на расстоянии 1760 км от старта. Однако при этом "М-12" развалился на части — причиной, по-видимому, стало отслоение теплозащитного покрытия.
К 1963 году была завершена эскизная проработка четырех вариантов пилотируемых ракетопланов: одноместного орбитального истребителя спутников, одноместного орбитального бомбардировщика наземных целей, семиместного транспортного ракетоплана межконтинентальной дальности и двухместного научно-исследовательского ракетоплана для облета Луны. Первый, второй и четвертый ракетопланы предполагалось запускать в космос на ракете "УР-500", третий — выводить на баллистическую траекторию ракетой "УР-200".
