Почему до сих пор для вывода грузов на орбиту не используется первая ступень самолетного типа? 

Точного, лаконичного и общепризнанного ответа нет. Наиболее вероятная причина — слишком маленький вклад самолетной ступени в общую энергию выведения, энергетическое несовершенство такой схемы.

С одной стороны, самолетная ступень и везет в баках, и расходует только горючее, используя в качестве окислителя кислород воздуха для горения в двигателях. И аэродинамическая подъемная сила крыльев создается гораздо меньшей тягой двигателей и расходом топлива, чем такая же вертикальная тяга первой ступени.

Но давайте посмотрим на энергию выведения. Для отправки килограмма груза на орбиту высотой 300 км нужно обеспечить соответствующий прирост двух энергий: кинетической (энергия скорости) и потенциальной (энергия подъема на высоту). Скорость на круговой орбите высотой 300 км будет 7726 м/с. При старте с точки поверхности Земли, имеющей линейную скорость 326 м/с, это прирост скорости 7400 м/с. Прирост кинетической энергии килограмма на этой орбите будет равен квадрату скорости, деленному пополам, то есть 27 380 000 джоулей. Подъем килограмма на высоту 300 км увеличит его потенциальную энергию на 2 943 000 джоулей. Общий прирост энергии нашего килограмма составит 27380000 + 2943000 = 30 323 000 джоулей, или (грубо) 30,3 мегаджоуля. Прирост потенциальной энергии для простоты брался по расчетам онлайн-калькуляторов, где вряд ли учитывается уменьшение ускорения свободного падения с ростом высоты. Но для нашей оценки энергии эти данные вполне годятся.

До какой высоты поднимется и скорости разгонится самолетная ступень? Эпоха гиперзвуковых самолетов еще не наступила. Тяжелые сверхзвуковые самолеты, даже вновь спроектированные, разгонятся до сверхзвуковой скорости самое большее М=3, что составит 885 м/с, и поднимутся до высоты 20 км. Оценим прирост энергии килограмма массы в условиях такого полета. Прирост кинетической энергии составит 391 613 джоулей, потенциальной 196 200 джоулей, общий прирост 587 813 джоулей, или грубо 0,6 мегаджоуля.

Сравнив с полученной выше орбитальной энергией килограмма массы, мы видим, что крылатая ступень увеличит энергию груза лишь на 0,6/30,3 = 0,0198, или (грубо) 2% от необходимой орбитальной энергии. Ради выигрыша всего двух процентов энергии строить самолетную первую ступень нет особого смысла. Проще увеличить массу топлива в ракете на два, три или даже пять процентов.

Ракетная первая ступень разгоняет до высоты порядка 50 км и скорости 2,5 — 3 км/с. Это прирост кинетической энергии на 4 500 000 джоулей, и потенциальной на 490 333 джоуля, общий прирост на 4 990 333джоуля, или (грубо) на 5 мегаджоулей. По сравнению с самолетной ступенью это в 8,5 раз больше — почти на порядок.

Помимо этого, самолетная ступень будет разгонять также и свои крылья, стабилизаторы и кили. Это паразитная, лишняя масса с точки зрения ракетной ступени, с ее минимальной массой конструкции и поэтому большим отношением массы вмещаемого топлива к массе конструкции.

Ну и наконец, главный козырь самолетной первой ступени — возвращаемость и возможность использовать ее для многих полетов, тратя только топливо и не теряя в полете саму конструкцию. До появления многоразовых первых ступеней ракет это было неоспоримое преимущество самолетной ступени. С появлением возвращаемых ракетных первых ступеней возникла альтернатива крылатому возвращению. Ракетная многоразовая ступень даже не требует аэродрома, ей нужна лишь небольшая посадочная площадка. А «паразитной» массы крыла у возвращаемой многоразовой ракетной ступени нет.

Старт космической ракеты-носителя с самолета уже использовался. Например, крылатой космической ракеты-носителя «Пегас» и ракеты-носителя LauncherOne. Однако стоимость запуска оказалась в разы больше за килограмм запускаемого на орбиту груза по сравнению с обычным стартом ракеты с поверхности Земли. Поэтому развития такие схемы не получили.

Таким образом, выигрыш от самолетной первой ступени оказывается настолько незначительным, что игра не стоит свеч. Энергия, которую сообщает грузу самолетная ступень, составит лишь пару процентов от орбитальной энергии. Многоразовость первой ступени сегодня успешно реализуется в ракетном варианте, более простом конструкционно и в эксплуатации. А для тяжелых полезных нагрузок в несколько тонн и более первая ступень самолетного типа окажется очень большой и выйдет сложнее и дороже обычной или возвращаемой ракетной первой ступени.

Поэтому запуск в космос первой ступенью самолетного типа сегодня проигрывает возвращаемой ракетной первой ступени. А развитие космических запусков идет по пути совершенствования ракетных первых ступеней, их многоразовости, удешевления и эффективности. Возможно, в случае появления больших гиперзвуковых авиасредств (это и появление гиперзвуковых двигателей большой тяги, и новых конструкционных материалов и технологий) целесообразность самолетной первой ступени вырастет. Но пока это область фантазий, о которой говорить предметно не получается. В то время как гигантская многоразовая первая ступень ракеты Super Heavy учится летать уже сегодня, с каждым новым полётом показывая всё лучший результат.