人類自古以來就夢想飛翔。當科技發展到一定階段的時候，這種夢想就一步一步的變為現實。現在人類已經可以製造出飛機和太空船，這些運載工具可以把人類送上天空。然而，飛機和太空船的設計從來都是各成體系的，因為飛機在大氣層內飛行，而太空船在太空中飛行。前者屬於航空，後者屬於航天。儘管差別很大，但這兩大技術存在著千絲萬縷的關係，因為無論什麼航天器進出太空，都必須穿越大氣層，不得不與空氣打交道，後者顯然屬於航空技術的範疇。這種緊密聯絡導致人們產生這樣一種想法，有沒有一種飛行器，它既能在大氣層內飛行，又能在大氣層外航行，它既能水平起飛，又能水平降落。這種新型飛行器就是航空太空梭，簡稱空天飛機。

推動空天飛機研究的直接動力是它的經濟實惠性。由於空天飛機可以重複往返於地球和太空之間，所以，相對於傳統的一次性運載火箭，它可以節省大量的資金。而它和太空梭相比，由於空天飛機可以水平起飛，所以它的安全性更高。所以，為了尋求一種既經濟，又安全的天地往返運載系統，世界各個發達國家紛紛推進自己的空天飛機研究。

空天飛機的設計思路有：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；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；水平起飛，水平降落，簡化升空和返回所需的場地設施和操作程式，以減少維修費用。

空天飛機的這些效能對科學技術提出了很高的挑戰。首先就是發動機。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0一直加速到約25倍音速，這樣的大跨度和飛行環境變化，目前所有的單一型別發動機都不可能勝任。所以，為空天飛機研製全新的發動機就成為關鍵難題。

我們知道，普通飛機使用的是噴氣式發動機，這種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。而火箭呢，其發動機動力強勁，但攜帶的氧化劑較笨重，比衝小。目前設想的空天飛機的動力一般為採用這兩種的組合動力方式。但這種組合會使空天飛機的結構變得過於複雜，從而影響了其效能的可靠。

再者，空天飛機的外形也成了大難題。當一個飛行器以6倍音速以上的速度在大氣層中飛行時，空氣阻力將急劇上升，所以其外形必須高度流線化。我們最常見的民用飛機那種翼吊式發動機已不能使用，這就需要將發動機與機身合併，構成高度流線化的整體外形。這叫做“發動機與機身一體化”。在一體化設計中，最複雜的是，要使進氣道與排氣噴管的幾何形狀，能隨飛行速度的變化而變化，以便調節進氣量，使發動機在低速時能產生額定推力，而在高速時又可降低耗油量，還要保證進氣道有足夠的剛度和耐高溫效能，以使它在返回大氣層的過程中，能經受住高速氣流和氣動力熱的作用，這樣才不致發生明顯變形，才可多次重複使用。

還有，空天飛機的製造材料也是個大難題。空天飛機需要多次出入大氣層，每次都會與空氣劇烈摩擦而產生大量氣動加熱，特別是以高超音速返回大氣層時，氣動加熱會使其表面達到極高的溫度。機頭處溫度約為1800攝氏度，機翼和尾翼前緣溫度約為1460攝氏度，機身下表面約為980攝氏度，上表面約為760攝氏度。因此，必須有一個重量輕、效能好、能重複使用的防熱系統。

空天飛機在起飛上升階段要經受發動機的衝擊力、振動、空氣動力等的作用，在返回階段要經受顫振、起落架擺振等的作用。在這種情況下，防熱系統既要保持良好的氣動外形，又要能長期重複使用，維護方便，所以其技術難度是相當大的。

我們以大家熟知的美國太空梭為例，由於受氣動加熱的時間短，太空梭表面覆蓋氧化矽防熱瓦即可達到滿意的防熱效果。但是，這對空天飛機來說，則遠遠不夠。如果單靠增加防熱層厚度來解決問題，則將使重量大大增加，而且防熱層還不能被燒壞。否則會影響重複使用。

為了滿足空天飛機的防熱要求，目前正在研究用快速固化粉末冶金工藝製造純度很高、質量很輕的耐高溫合金。美國已研製出高速固化鈦硼合金，它在高溫下的強度可達到目前使用的鈦合金在室溫下的強度，這種合金適宜用來製造機身內層結構骨架。機頭與機翼等溫度最高的部位，要求採用碳複合材料，這種複合材料表面有碳化矽塗層，重量輕，耐高溫效能好。此外，還需要研究金屬基複合材料，例如碳化矽纖維增強的鈦複合材料等。這種材料應該兼有碳化矽的耐高溫效能，又具有鈦合金的高強度特性。

以上所提的這幾個難題，只是空天飛機眾多技術難題的幾個關鍵問題，這幾個問題決非短時間內能突破。總體說來，空天飛機技術難度大，所需要的投資多，研製週期長，勢必需要大量的科研人才，科學家之間的國際合作也是必不可少的。

空天飛機概念始於美國“星球大戰”計劃以及中國的“863”計劃，“星球大戰”計劃成功忽悠蘇聯大量投入人力物力，間接導致其解體。

近年來，隨著“空天一體”“海空一體”“一小時打遍全球”等軍事理論的提出，空天飛機再次出現在世界主要大國裝備研發的名單中。

空天飛機是航空太空梭的簡稱，它是既能航空又能航天的新型飛行器，是各國爭奪制空權和制天權的關鍵武器之一。簡要歸納一下中美俄空天飛機發展情況：

中國方案：

神龍：2007年，網站已開始流傳出神龍的照片，神龍由轟-6飛機高空投射，在大氣層內以8-15MA的速度進行飛行，在大氣層外速度高達20-35MA，可以輕鬆的脫離地球軌道變軌到多個同步和非同步軌道上。

“騰雲工程”：網傳2030年之前，中國航天科工院將試飛大氣層內水平起飛水平著陸並往返大氣層的空天飛行器，即常說的空天飛機。

美國方案：

獵鷹”計劃： 2010年，美國X-37B型空天飛機首航。該空天飛機為無人操控，實現在軌670天連續飛行。

“XS-1”專案：2018年，美國將執行新型空天飛行器首飛，代號“XS-1”。

俄羅斯方案：俄羅斯試驗用米格－31飛機，在20000米高空，以3000公里/小時初速發射空天飛機。