Выведение полезной нагрузки на орбиту земли - чрезвычайно трудная задача, которая сегодня решается с помощью ракет.
Для выхода на орбиту ракете необходимо сжечь огромное кол-во топлива чтобы достичь необходимой скорости. В добавок ракету приходится делить на ступени.
Т.е. например ракета на старте весит 300т и нужны мощные движки с тягой >300т чтобы оторвать её от земли. Но на конечном участке полёта, когда большая часть топлива израсходуется, масса ракеты снизится до порядка 50т и мощные движки с гигантскими корпусами и топливными баками станут избыточны. Поэтому ступени отбрасывают и каждая последующая ступень имеет баки и двигатели в разы меньше предыдущей.
По этой логике получается что самая мощная ступень - первая.
Главная же причина гигантской стартовой массы ракет - низкий удельный импульс. Для ракетного двигателя надо нести на борту как горючие так и окислитель, и в от в этом самолеты имеют преимущество перед ракетами.
Воздушно реактивные двигатели имеют удельный импульс где-то в 10 раз выше ракетных за счет того, что им не требуется нести на борту окислитель.
Отсюда уже давно родилась идея использовать вместо первой ступени самолет. Но такая схема все-ещё не реализована и чтобы понять почему, надо посмотреть на ту работу которую совершает первая ступень.
Работа первой ступени
Для выхода на орбиту надо подняться за пределы плотной атмосферы на высоту 200 - 500 км и разогнаться до скорости почти 8км/с, и скорость это наиболее важный параметр.
Так вот первая ступень поднимает ракету на высоту порядка 50км и разгоняет её до скорости порядка 3-х км/с.
В то же время крупные грузоподъёмные самолеты сегодня способны подниматься до высоты 10км и разгонятся до скорости 0.25 км/с.
Как видим обычный самолет уступает по высоте подъёма в 5 раз, а по скорости в 12 раз! С такими характеристиками ни о какой полноценной замене первой ступени речи быть не может.
Если же взять за образец характеристики современных истребителей перехватчиков то получим высоту порядка 20 км и скорость 1 км/с. И это тоже в разы уступает первой ступени.
Так есть ли смысл
Самолет все-таки на порядок более эффективный носитель чем ракета, и хотя он может выполнить только частичную работу первой ступени смысл в этом есть. Но эффект разумеется тоже будет частичным.
Кроме того самолет можно легко перебазировать и сменить точку старта в отличие от классической ракеты, и тем самым оптимизировать пуски под различное наклонение орбиты.
На сегодняшний день вполне оправданы пуски с самолетов маленьких космических ракет с ПН в максимум несколько сотен килограмм.
Перспективы
Ситуация может кардинально поменяться в случае освоения гиперзвуковых технологий. Если будет создан большой самолет способный разогнаться до скажем 3-х км/с, то вполне целесообразно запускать с него средние ракеты по сути без первой ступени. С полезной нагрузкой уже в несколько тонн.
И чем более высокой скорости сможет достичь самолёт, тем меньшая часть ракеты останется для выведения ПН.
