В начале 1960-х годов американская программа X-20 Dyna-Soar открыла новую эру космического противостояния. Это был проект пилотируемого орбитального самолёта компании Boeing: 11-метрового крылатого аппарата с остроугольными крыльями, способного запускаться на ракете-носителе Titan и выполнять задачи стратегической разведки, нанесения ударов и перехвата спутников. Dyna-Soar должен был возвращаться на Землю планирующим полётом и садиться на взлётно-посадочную полосу, что выглядело революционным шагом на пути к многоразовой космонавтике. Для Москвы это означало появление потенциального оружия, способного нанести внезапный удар или вывести из строя спутники связи и системы предупреждения. В ответ советские конструкторы должны были создать аппарат, способный превзойти американскую концепцию, превращая космос в новое поле военного противостояния.
В ОКБ-155 под руководством Глеба Евгеньевича Лозино-Лозинского в 1965 году была инициирована система «Спираль», заложившая архитектуру горизонтального старта с использованием гиперзвукового самолёта-разгонщика и компактного орбитального аппарата. Проект требовал объединения режимов, ранее технически разрозненных: гиперзвукового разгона в стратосфере, орбитального манёвра и управляемого возвращения в плотные слои атмосферы. Конструкторы столкнулись с задачей создания материалов и силовых установок, которые могли выдерживать температурные и динамические нагрузки на грани достижимого того времени, и в ответ предложили инновационные решения по тепловой защите, топливным схемам и навигации.
Центральным элементом системы стал гиперзвуковой самолёт-разгонщик «50-50». Это был самолёт длиной около 38 метров с бесхвостовой схемой и крылом двойной стреловидности, рассчитанный на работу в стратосфере. Для него проектировались четыре турбореактивных двигателя АЛ-51 на жидком водороде с расчётной тягой около 23 тонн каждый, однако двигатель так и остался на стадии эскизного проекта. Разгон до скорости шесть махов на высоте около 30 километров должен был обеспечивать оптимальные условия для отделения орбитального аппарата.
Орбитальный самолёт (ОС) представлял собой аппарат длиной 8,3 метра, с размахом крыла 7,4 метра и стартовой массой порядка 10 тонн. Конструкция опиралась на применение жаропрочных ниобиевых сплавов и экранно-вакуумной теплозащиты: панели, собранные в «чешую» на керамических опорах, выдерживали температуры до 1600 °C. Основной маршевый двигатель для орбитального манёвра предполагалось питать связкой жидкого фтора и аминного топлива (в частности, UDMH). Схема дополнялась блоком малых ЖРД ориентации на перекиси водорода и вспомогательным турбореактивным двигателем РД36-35К, обеспечивавшим управляемую посадку на аэродром.
Функциональные возможности аппарата были рассчитаны на широкий спектр задач. При высотах порядка 120–130 километров он мог вести фоторазведку с разрешением около 1,2 метра, в составе ударной конфигурации предусматривалась доставка ядерного заряда к авианосным группировкам, а также перехват орбитальных объектов при помощи малогабаритных самонаводящихся ракет. Аэродинамика позволяла изменять наклонение орбиты до 170 градусов и совершать боковые манёвры радиусом до 1500 километров при входе в атмосферу, что обеспечивало гибкость боевого применения и возможность посадки в ночных условиях и при неблагоприятной погоде.
Безопасность пилота оставалась одним из ключевых параметров. Для спасения на любом участке траектории была создана отделяемая капсула с собственным твердотопливным двигателем и системой управления. Подготовка экипажей велась в Центре подготовки космонавтов, где была сформирована отдельная группа под проект «Спираль» с участием Германа Титова, Василия Лазарева, Анатолия Филипченко и других.
Отработка шла по нескольким направлениям. Беспилотные аппараты серии БОР, испытывавшиеся в 1969–1980-е годы, подтвердили работоспособность аэродинамики и теплозащиты. В 1976–1978 годах проводились полёты дозвукового аналога МиГ-105.11 («Лапоть»), сбрасываемого с бомбардировщика Ту-95К; он выполнил семь свободных полётов и подтвердил основные принципы управляемого спуска.
Политические решения оказались для программы решающими. В первой половине 1970-х министр обороны Андрей Гречко закрыл проект, сочтя его излишне фантастическим, и приоритет был отдан более консервативной системе «Энергия–Буран». Тем не менее техническое наследие «Спирали» оказалось долговечным. На её базе были отработаны схемы гиперзвуковой аэродинамики, экранно-вакуумной защиты и многоразовой эксплуатации, применённые в «Буранe», а позже — в американских проектах Dream Chaser и X-37B.