正在設計中的未來航天飛機
航天飛機通常設計成火箭推進的飛機，返回地麵時能像飛機那樣下滑和著陸。航天飛機的出現為人類自由進出太空提供了很好的工具，是航天史上的一個重要裏程碑。但現在使用的航天飛機也有許多不足之處。
1986年，就在“挑戰者”號航天飛機爆炸事故發生數周之後，當時美國總統裏根就宣布了要開發新型航天器的計劃。30年後，這種新式的航天飛機將在大氣層邊緣處飛行，估計它從美國華盛頓飛到日本東京隻需要2個小時。它的飛行速度將是聲速的25倍，能夠十分輕易地進入或離開飛行軌道。它不再需要像以前那樣攜帶龐大的外部燃料箱和助推器，這樣的話，它的安全係數將得到大大的提高。
航天飛機亟待改進
到2002年9月，新一屆美國政府又宣布了一項取代航天飛機的計劃。一方麵是在10年之內開發出一種“軌道太空飛機”，與前美國總統裏根的“國家航天飛機”計劃不同的是，它將使用常規的運載技術：另外一個方麵就是進行全新的係統設計研究，但並沒有對何時能研製出這樣一套新係統設定嚴格的時間限製。
但在2003年2月1日美國“哥倫比亞”號航天飛機再次失事墜毀之後，這些計劃再一次發生了變化。人們期待在未來，航天飛機應該更像是普通的飛機。
由於有了“哥倫比亞”號航天飛機的失敗教訓，航天飛機在大氣層中的可操縱性，以及它重新進入大氣層時，能否忍受高溫就理所當然成了關鍵性的問題。
30年後，航天飛機的外形更會像是一個長了翅膀的磚塊。它生硬的外形會在重返大氣層時產生強大的衝擊波，這有助於機身免受周圍大氣層摩擦的破壞：而如果它們的外形和飛行方式類似於高性能噴氣式飛機，那麼其機翼前沿的溫度將遠遠高於目前大約1600℃的水平。針對這些，科學家們正在研究一種新型的複合陶瓷材料，這種材料可以忍受將近28000℃的高溫，但目前這種材料還比較脆弱，而且很笨重，要想真正將它們用到外形圓滑的航天飛機上，還有很多的研發工作要做。
超音速衝壓式噴氣發動機
然而科學家們遇到的技術障礙還遠遠不止這些，如何讓航天飛機安全進入軌道才是首要的難題。為了克服地球引力的作用，航天飛機必須加速到每小時4萬千米以上的速度。
要想飛得快，首先就要解決重量上的問題。數十年來，工程人員們絞盡腦汁，力圖解決飛行器的重量問題。由於燃料占了助動火箭重量的絕大部分，最好的解決方法就是使用一種重量輕、效率超高的推進劑。
新一代的航天飛機不會再攜帶大量的液態氧，而是在超音速狀態下在大氣層中隨時吸收氧氣，再進行壓縮，然後使用一個特殊的氣缸，與航天飛機自身攜帶的液態氫進行燃燒。在加速到聲速的若幹倍之後，飛機將會豎直向上升入軌道。這種新穎的發動機設計稱為“超音速中壓式噴氣發動機”。
除了減輕燃料攜帶量以外，減輕航天飛機自身的重量也是一個可行的途徑。20世紀末期，美國科學家們就設計出了能夠以“單級推進方式”進入軌道的輕型航天飛機。
這種航天飛機是用石墨和環氧樹脂複合材料做成的，重量隻是常規航天飛機的一半還不到。但是在1999年進行的試驗中，用這種材料做成的氫燃料箱壁發生了破裂。在已經花費了10多億美元的經費以後，人們隻能被迫放棄了這一計劃。