Диплом с отличием давал Ф.А. Цандеру право самому выбрать место дальнейшей работы, и свой выбор он остановил на Рижском заводе «Проводник» — гигантском по тому времени предприятии резиновой промышленности. Много позже в одной из своих автобиографий ученый объяснит это свое решение стремлением изучить производство и свойства резины, которая, по его мнению, будет «играть большую роль при изготовлении воздухонепроницаемых одежд и т.п. необходимых для межпланетных путешествий предметов».
Его первая должность была довольно высокой — помощник заведующего автомашинным отделом, и новые заботы отодвинули на второй план его исследования в области межпланетных сообщений. Первая мировая война к лету 1915 года приблизила линию фронта к Риге. Началась эвакуация промышленных предприятий в глубь России, и вместе с заводом «Проводник» Ф.А. Цандер переезжает в Москву, с которой связана вся его последующая деятельность.
Несмотря на большую занятость по основной работе, он решил все же продолжить свои космические исследования. В 1915—1917 годы он вырастил в древесном угле горох, капусту и другие овощи. Это были опыты по «оранжерее авиационной легкости» или, как сейчас принято говорить, по системе жизнеобеспечения. Выбор древесного угля в качестве почвы был продиктован его существенно меньшим удельным весом по сравнению с землей, а также тем, что он хорошо впитывает «всякие выделения» и тем самым «может держать воздух в оранжерее довольно чистым».
Эти работы Ф.А. Цандера были продолжением его исследований по проблеме жизнеобеспечения, начатых еще в 1907 году. В одной из его тетрадей того времени содержится такая запись: «Вещества, поглощающие углекислоту и другие возникающие газы. Регенерация кислорода. Переработка отходов: садик в космическом корабле?..»
Как ее трактовать? Как намерение Ф.А. Цандера создать на борту космического аппарата замкнутый круговорот веществ?
По крайней мере ясно, что в результате знакомства с работой К.Э. Циолковского (1911—1912 годы), а возможно, и на основе собственных исследований Ф.А. Цандер в 1915 году уже знал об этой идее, взял ее на «вооружение» и проводил экспериментальные работы по ее практической реализации.
В 1915 году Ф.А. Цандер купил тигель и с его помощью проводил опыты по расплавлению металлов. В сентябре 1917 года он возобновляет теоретические и конструкторские работы по космической тематике. К сожалению, как уже отмечалось, он вел свои записи по стенографической системе Габельсбергера и многие его рукописи остаются недоступными для исследователей его творчества. Поэтому мы не имеем возможности достаточно полно представить себе содержание работ ученого до начала 20-х годов. Известно только, что Ф.А. Цандер занимался вопросами астродинамики, расчетами высоколетающего аэроплана и поршневого двигателя, а позже и ракетного двигателя к нему.
Интерес Ф.А. Цандера к космической проблематике находился в очевидном противоречии с тематикой его основной работы на заводе «Проводник». Стремясь как-то разрешить это противоречие, ученый в феврале 1919 года перешел на работу на Госавиазавод № 4 (бывший завод «Мотор», эвакуировавшийся в Москву из Риги). Здесь он в период 1919—1922 годов участвовал в создании первых советских авиационных двигателей M-1l, М-15, М-26 и других. В свободное время Ф.А. Цандер продолжал заниматься различными вопросами космонавтики, разрабатывая при этом проект межпланетного корабля-аэроплана и двигателя к нему.
В конце декабря 1921 года состоялась первая Московская губернская конференция изобретателей. На подсекции двигателей машиностроительной секции этой конференции Ф.А. Цандер выступил с докладом о проекте своего нефтяно-кислородного поршневого двигателя высокого давления, а также о космическом корабле-аэроплане. Двигатель, по-видимому, был основной темой выступления, так как проект самого космического аппарата был еще ученым окончательно не разработан. Этот двигатель должен был работать при весьма высоком давлении (до 200 мегапаскалей) и использовать в качестве окислителя жидкий кислород, который следовало запасать на борту аппарата.
По замыслу Ф.А. Цандера такой двигатель должен был быть очень экономичным и способным работать в достаточно разряженных слоях атмосферы. Позже, поработав в Институте авиационного моторостроения, ученый сам понял свою ошибку; увеличение высоты полета (до 30 километров) требовало больших пропеллеров, что вызывало труднопреодолимые проблемы.
Однако на конференции доклад Ф.А. Цандера был оценен положительно, что, безусловно, его воодушевило. Он обращается с просьбой к дирекции завода дать ему годовой отпуск на разработку проекта корабля-аэроплана. Коллектив завода его поддержал, каждый, несмотря на свое трудное материальное, положение, отчислил 1 % от заработка на эти его работы. Сам Ф.А. Цандер продал столь дорогую своему сердцу астрономическую трубу, надеясь на вырученные деньги и помощь рабочих завода прожить год отпуска.
С 15 июля 1922 года он сосредоточивает все свои усилия на разработке проекта космического самолета. Уже через полгода, с 10 февраля по 6 апреля 1923 года, он написал небольшую по объему, но емкую по содержанию работу «Описание межпланетного корабля системы Ф.А. Цандера, инженера-технолога». Это было своего рода качественным скачком в его деятельности. Его проект был весьма оригинален и коренным образом отличался от проектов других пионеров ракетно-космической; техники — К.Э. Циолковского, Р.X. Годдарда, Г. Оберта.
К.Э. Циолковский в 1903 году предлагал проект одноступенчатой жидкостной ракеты, стартующей с Земли по обычной схеме. Спуск с орбиты был также типично ракетным, причем приземление предполагалось осуществлять на парашюте. Аналогичный проект был и у Р. Годдарда, получившего в 1914 году патент на жидкостную ракету. В 1923 году в своей книге «Ракета в космическое пространство» Г. Оберт изложил проект двухступенчатой жидкостной ракеты, которую до высоты 5,5 км предполагалось поднимать с помощью «воздухоплавательных средств» и только затем запускать. Спуск первой ступени на Землю должен был осуществляться с помощью специальных стабилизаторов, второй — на парашюте.
Итак, все предложения пионеров космонавтики сводились к одно— или двухступенчатым жидкостным ракетам обычного типа. Ф.А. Цандер считал, что в такого рода ракетах требуется большой расход горючего при спуске их на Землю (по всей вероятности, он имел в виду расход топлива на торможение всей ракеты при ее спуске с орбиты). При запуске и спуске, считал он, будут развиваться большие перегрузки, «заставляющие пилота и путешественников лежать в ванне с жидкостью», спуск на парашюте не дает возможности свободного выбора места посадки. Однако сколь ни важна констатация недостатков, существенно более важным оказывается указание способа их исправления.
Основная идея, положенная Ф.А. Цандером в основу его проекта, заключалась в следующем. Полет в плотных слоях атмосферы он предлагал осуществлять с помощью аэроплана, снабженного специальным поршневым двигателем высокого давления, работающим на нефтяном горючем и жидком кислороде. В своих последующих работах он указывал на возможность применять для этих целей также и двигательные установки, «приспособленные к летанию в воздухе», то есть достаточно широкий класс двигателей, использующих в, рабочем процессе атмосферный воздух (жидкостный двигатель с насадками. Мело; воздушно-реактивный двигатель, специально сконструированные ученым так называемые реактивные двигатели с обратным конусом).
Полет в достаточно разряженных слоях атмосферы должен был осуществляться с помощью жидкостного ракетного двигателя, дополнительным горючим которого служат ставшие ненужными части аэроплана. Последние предполагалось подавать в специальный котел, расплавлять и направлять в камеру сгорания. В результате в космос выводилась сравнительно небольшая крылатая ступень, предназначенная для дальнейшего полета и возвращения на Землю. В космосе она должна была передвигаться за счет «даровых» сил давления света или, как принято сейчас говорить, под действием «солнечного паруса». Возвращаемая ступень после торможения и входа в атмосферу осуществляла посадку на аэродром как обычный самолет.
В соответствии с проектом этот корабль-аэроплан состоял из корпуса J (рис. 1), представляющего собой собственно ракету. К нему крепятся крылья D большого складываемого аэроплана с подставкой L и поршневым двигателем особой системы А. Двигатель приводит в движение пропеллеры Н. Сзади к корпусу ракеты прикреплены рули Е большого аэроплана, которые также, как и крылья с пропеллерами, .могут втягиваться внутрь корпуса. В большом аэроплане размещается аэроплан меньших размеров, имеющий крылья F, рули G, пропеллер N, двигатель Т.
Рис. 1. Схема корабля-аэроплана Ф.А.Цандера
В ракете помещаются баки К для топлива, котел В для расплавления втягиваемых частей аэроплана и ракетный двигатель, в котором «работают сгоревшие газы и сгоревший металл». Под котлом размещается топка О. Жидкие компоненты топлива направляются из баков К для охлаждения камеры двигателя и места у котла, затем поступают в топку О, где сгорают и расплавляют ставшие ненужными части ракеты (большой аэроплан). После этого они направляются в камеру ракетного двигателя.
Расплавленный в топке металл по трубе под действием насоса (либо «инжекторным действием») также направляется в двигатель, где и сгорает вместе с жидкими компонентами топлива. Для подачи в котел частей большого аэроплана в корпусе аппарата были предусмотрены специальные цели от Q до Q'. Маленький аэроплан устанавливается на поставку R.
Кроме предусмотренного в проекте биплана, Ф. А. Цандер считал возможным использовать аэропланы и других схем.
Проект Ф.А. Цандера отличался большой оптимальностью конструкции с энергетической точки зрения. На каждом участке полета предполагалось использовать наиболее эффективный вид двигателя (поршневой двигатель, ракетный или «солнечный парус»), в качестве горючего применялись элементы металлоконструкции аппарата, максимально использовалось его аэродинамическое качество.
Основные идеи проекта корабля-аэроплана были опубликованы Ф.А. Цандером в журнале «Техника и жизнь» в 1924 году в c статье «Перелеты на другие планеты». Это была его первая публикация по космической тематике.
