盡管第一代航天飛機仍被視為在今後十幾年裏完成太空軍事和民用航天運輸使命的主要工具，但鑒於現有航天飛機的經濟性差、應變能力不足和生存能力低等缺點，美國國防部和航宇局正在研究新的航空航天飛機方案。
航空和航天是兩個不同的技術領域，過去是由飛機和航天飛行器分別在大氣層內、外活動，航空運輸係統是重複使用的，航天運載係統一般是不能重複使用的。
現代科學技術的進步，正在逐步把航空和航天飛行器朝著有機地結合成一體的方向推進。航天飛機是在航空和航天技術的結合方麵作了初步嚐試，實現了航天運載係統的部分重複使用。近年來，出現了一種將航空航天技術有機地結合在一起的飛行器方案，即航空航天飛機，簡稱空天飛機。它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公裏高空的飛行速度為12一25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，像飛機一樣在機場著陸。它可以自由方便地返回大氣層。
隨著航天活動規模的擴大，估計到21世紀，僅美國送入軌道的總重量達9萬噸，因此，每年的運輸量將猛增到數萬噸。但是，目前最先進的航天運輸工具——美國現在的航天飛機，運送每公斤有效載荷進入地球軌道的費用達11607美元（1986年美元值）。因此，大幅度降低航天運輸費用，已成為開展大規模航天活動的關鍵問題之一。
據目前估計，空天飛機的運輸費用至少可降到目前航天飛機的1／10，甚至可降到1％。
此外，用空天飛機發射、維修和回收衛星，不需要規模龐大、設備複雜的航天發射場和長達一兩個月的發射前準備，也不受發射窗口的限製。它完成一次飛行任務後，經一周的維護就能再次起飛，能適應頻繁發射的需要，它的投入使用，將使人類可以方便地進入空間，“登天”就不再成為難事了。
提高飛機的飛行速度一直是航空界努力的目標。從50年代起美國就開始探索和研究高超音速飛行，30多年來，時起時落，一直沒有取得重大突破。空天飛機的研製將帶來航空技術的新飛躍，將使航空技術從超音速飛行躍入高超音速飛行的時代，無疑，將會進一步推動航空工業的發展。
空天飛機作為一種高超音速運輸機，具有推進效率高、耗油低、載客（貨）量大、飛行時間短等優點，是實現全球範圍空運的一種經濟而有效的工具。
空天飛機還具有重要的軍事價值，可作為戰略轟炸機、戰略偵察機和遠程截擊機使用，這對進一步發揮戰略空軍的作用具有重要意義。