空天飛機是既能航空又能航天的新型飛行器。它像普通飛機一樣起飛，以高超音速在大氣層內飛行，在30～100公里高空的飛行速度為12～25倍音速，並直接加速進入地球軌道，成為航天飛行器，返回大氣層後，像飛機一樣在機場着陸。在此之前，航空和航天是兩個不同的技術領域，由飛機和航天飛行器分別在大氣層內、外活動，航空運輸系統是重複使用的，航天運載系統一般是不能重複使用的。而空天飛機能夠達到完全重複使用和大幅度降低航天運輸費用的目的。

空天飛機能自由往返於天地之間，凡是航天飛機能幹的事，它幾乎都能勝任。它可以把大的衛星送入地球軌道，一次投放多顆衛星更是它的拿手活兒；它能對在軌道上運行的衛星進行維修或回收，當然也可以對敵國的衛星實施破壞，甚至收為己有；它能向空間站運送或接回宇航員和各種物資；更重要的是它還能執行各種諸如攔截、偵察和轟炸等軍事任務，成為頗具威力的空天兵器。

空天飛機飛行速度很快，便於實現全球範圍內的快速客運，地球上任何兩個城市間的飛行時間都用不了2個小時。美國設計的一種空天飛機，乘客305人，可在32公里高度和1.2萬公里航程內巡航，其巡航速度高達5馬赫數。儘管航天飛機比起一次使用的運載火箭前進了一大步，但仍有諸如故障頻繁，費用昂貴等許多不足。而空天飛機與航天飛機不同，它的地面設施簡單，維護使用方便，操作費用低，在普通的大型機場上就能水平起飛和降落，具有一般航線班機的飛行頻率。這種飛機的外型與大型客機相似，更多地具有飛機的優點。它以液氫為燃料，在大氣層飛行時，充分利用大氣中的氧氣。加之它可以上百次的重複使用，真正實現了高效能和低費用的優點。據估算，用它發射近地衛星費用只有航天飛機的1/5，而發射地球同步衛星費用則可減少一半。這使空天飛機在即將到來的空間商務競爭中立於不敗之地。

60年代初空天飛機17張，就有人對空天飛機作過一些探索性試驗，當時它被稱為“跨大氣層飛行器”。由於當時的技術、經濟條件相差太遠，且應用需求不明確，因而中途夭折；80年代中期，在美國的“阿爾法”號永久性空間站計劃的刺激下，一些國家對發展載人航天事業的熱情普遍高漲，積极參加“阿爾法”號空間站的建造。據估計，空間站建成後，為了開發和利用太空資源。向空間站運送人員、物資和器材等任務每年將達到數千次之多。這些任務如果用一次性運載火箭、載人飛船或航天飛機來完成，那麼一年的運輸費用將達到上百億美元。為了尋求一種經濟的天地往返運或系統，美、英、德、法、日等國紛紛推出了可重複使用的天地往返運輸系統方案。

1986年，美國提出研製代號為X－30的完全重複使用的單級水平起陣的“國家航空航天飛機”，其特點是採用組合式超音速燃燒衝壓噴氣發動機。英國提出了一種名叫“霍托爾”的單級水平起降空天飛機，其特點是採用一種全新的空氣液化循環發動機。90年代，他們又提出了一個技術風險小，開發費用低的新方案。德國則提出兩級水平起降空天飛機“桑格爾”，第一級實際上相當於一架超音速運輸機，第二級是以火箭發動機為動力的有翼飛行器。兩級都能分別水平着陸。法國和日本也提出過自己的空天飛機設想。

80年代末，這股空天飛機熱達到高潮。也激起了中國航空航天專家的很大興趣。

美國空軍的X－37B空天飛機原型機“軌道試驗飛行器1號”將於2010年4月上演處女航。1

美國東部時間22日19時52分，人類首架空天飛機X－37B搭乘“阿特拉斯－5”型運載火箭發射升空。按計劃，X－37B最多可在太空持續飛行270天

發展空天飛機的主要目的是想降低空天之間的運輸費用。其途徑歸納起來主要有三條：一是充分利用大氣層中的氧，以減少飛行器攜帶的氧化劑，從而減輕起飛重量；二是整個飛行器全部重複使用，除消耗推進劑外不拋棄任何部件；三是水平起飛，水平降落，簡化起飛和降落所需的場地設施和操作程序，減少維修費用。

但是，經過幾年的研究分析，科學家們發規，過去的估計過於樂觀。實際上。上述三條途徑知易而行難。需要解決的關鍵技術難度決非短時間內能突破，這些關鍵技術有：

1、新構思的吸氣式發動機

因為，空天飛機的飛行範圍為從大氣層內到大氣層外，速度從0到M=25，如此大的跨度和工作環境變化是目前現有的所有單一類型的發動機都不可能勝任的，從而也就使為空天飛機研製全新的發動機成為整個項目的關鍵。

眾所周知，噴氣式發動機需要在大氣層中吸入空氣，無需攜帶氧化劑，但無法在大氣層外工作，且實用速度較小；而火箭發動機自帶氧化劑，可以工作在大氣層內外，使用速度範圍較廣，但攜帶的氧化劑較笨重，比沖小。目前設想的空天飛機的動力一般為採用超音速燃燒衝壓發動機+火箭發動機或渦輪噴氣+衝壓噴氣+火箭發動機的組合動力方式。但超燃衝壓發動機的研製上存在相當多的技術問題，而多種發動機的組合方式又使結構變得過於複雜和不可靠。

2、計算空氣動力學分析

航天飛機返回再入大氣層的空氣動力學問題，曾經耗費了科學家們多年的心血，作了約10萬小時的風洞試驗。空天飛機的空氣動力學問題比航天飛機複雜得多。因為飛機速度變化大，馬赫數從0變化到25；飛行高度變化大，從地面到幾百公里高的外層空間；返回再入大氣層時下行時間長，航天飛機只有十幾分鐘，空天飛機則為l～2小時。

解決空氣動力學問題的基本手段是風洞。目前，就連美國也不具備馬赫數可以跨越這樣大範圍的試驗風洞。即使有了風洞還需要作上百萬小時的試驗，那意味着就是晝夜不停地試驗，也需要花費100多年的時間。於是，只能求助於計算機，用計算方法來解決，而對那維爾斯托克斯方程的求解目前尚存在許多理論上和計算速度上的問題。

3、發動機和機身一體化設計

空天飛機里安裝了空氣渦輪發動機、衝壓發動機和火箭發動機三類發動機。空氣渦輪噴氣發動機可以使空天飛機水平起飛。當時速超過2400公里時，就使用衝壓發動機，它使空天飛機在離地面60公里的大氣層內以每小時近3萬公里的速度飛行。如果再用火箭發動機加速，空天飛機就衝出大氣層，像航天飛機一樣，直接進入太空