Одним из первых был такой вариант: самолет с воздушно-реактивным двигателем поднимает в воздух и разгоняет до большой скорости орбитальную ступень, которая так же, как и самолет-разгонщик, способна возвращаться на Землю и использоваться многократно. Такая схема весьма перспективна, но вопрос упирается в создание воздушно-реактивных двигателей, работающих до скорости два-три километра в секунду. По этой же причине не пошел и компромиссный вариант: самолет-раз-гонщик многократного использования несет на борту несколько ракетных ступеней с полезным грузом.
Затем появились множество других схем — двух- и трех-ступенчатые носители с самым различным сочетанием двигателей и принципов возвращения на Землю. Большинство из них оказалось или экономически невыгодными, или трудноосуществимыми в ближайшие годы.
Почему же в США все-таки был взят курс на создание космического корабля многоразового использования? Для этого надо вспомнить ситуацию, сложившуюся там в начале 70-х годов. В то время была завершена дорогостоящая престижная программа «Аполлон», главной целью которой была высадка человека на Луну. Примерно в то же время в СССР была завершена разработка орбитальной пилотируемой станции «Салют» и транспортных космических кораблей «Союз» для осуществления широкой программы исследований в интересах науки и народного хозяйства. Работа многочисленных экипажей космонавтов на станциях «Салют» явилась новым этапом планомерного и целеустремленного освоения космоса для практических нужд человека.
В США перед правительственными кругами встала проблема: «Что делать дальше в космической области?» Возникший было ажиотаж вокруг честолюбивых планов посылки экспедиции на Марс быстро угас. Оказалось, что се организация превышает технические и финансовые возможности страны. Корабль же «Аполлон», разработанный для полета на Луну, был слишком специализированным и дорогостоящим, чтобы его можно было использовать в качестве транспортного корабля для орбитальных станций. Именно поэтому станция «Скайлэб», созданная как «побочный продукт» в рамках программы «Аполлон», работала на орбите недолго. Корабль «Аполлон», который использовался для доставки космонавтов на ее борт, был мало приспособлен для этой цели. В такой обстановке было принято решение о разработке транспортного корабля «Шаттл». Многие специалисты были против столь дорогостоящего проекта. По его поддержал Пентагон.
Космический летательный аппарат «Шаттл» своего рода компромисс и в техническом и экономическом отношениях. Максимальный полезный груз, доставляемый «Шаттлом» на орбиту, — от 14,5 до 29,5 тонны, а его стартовая масса около 2 тысяч тонн, то есть полезная нагрузка составляет всего 0,8–1,5 процента от полной массы заправленного корабля. В то же время этот показатель для обычной ракеты при том же полезном грузе составляет 2–4 процента. Если же взять в качестве показателя отношение полезного груза к весу конструкции без учета топлива, то преимущество в пользу обычной ракеты еще более возрастет. Такова плата за возможность хотя бы частично использовать повторно конструкции космического аппарата.
Один из создателей космических кораблей и станций, летчик-космонавт СССР профессор К. П. Феоктистов, так оценивает экономическую эффективность «Шаттлов»: «Что и говорить, создать экономичную транспортную систему непросто. Некоторых специалистов в идее «Шаттла» смущает еще и следующее. Согласно экономическим расчетам он оправдывает себя примерно при 40 полетах в год на один образец. Получается, что в год только один «самолет», чтобы оправдать свою постройку, должен выводить на орбиту порядка тысячи тонн разных грузов. С другой стороны, имеет место тенденция к снижению веса космических аппаратов, увеличению продолжительности их активной жизни на орбите и вообще к снижению количества запускаемых аппаратов за счет решения каждым из них комплекса задач. Если говорить об орбитальных станциях и пилотируемых кораблях, то их запускается в год считанные единицы. Тут, конечно, можно и возразить: тенденция снижения массы запускаемых спутников может быть временной, появившейся как раз из-за отсутствия экономичных средств выведения. И когда такие средства появятся, в них, очевидно, возникнет необходимость. Задач в космосе и сейчас хоть отбавляй, и космонавтика явно вышла на тот рубеж, когда дальнейшее ее развитие не может успешно идти без принципиального решения экономических проблем. С другой стороны, экономический эффект от средств многократного использования, подсчитанный как чистая экономия по сравнению с применением обычных одноразовых средств, начнет ощущаться по крайней мере через 10 лет, даже при оптимальном количестве запусков.