為了滿足空天飛機的防熱要求，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，要求采用碳複合材料，這種複合材料表麵有碳化矽塗層，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。
空天飛機技術難度大，所需投資多，研製週期長，所以將來進入全尺寸樣機研製，勢必也會像空間站那樣采取國際合作的方式。
隨著航天活動規模的擴大，估計在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。但是當前最先進的航天運輸工具——美國的太空梭，運送每公斤有效載荷進入地球軌道的費用達美元（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。
據估計，空天飛機的運輸費用至少可降到太空梭的1/10，甚至可降到1 %。
此外，用空天飛機發射、維修和迴收衛星，不需要規模龐大、裝置複雜的航天發射場和長達一兩個月的發射前準備，也不受發射視窗的限製。它完成一次飛行任務後，經一週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、戰略偵察機和遠端截擊機使用，這對進一步發揮戰略空軍的作用具有重要意義。 空天飛機最高時速3萬公裏，可在海拔200公裏的繞地軌道飛行。
美國正開發新型的航空太空梭，在有人駕駛時，能在常規機場水平起飛和著陸；還可在大氣層內飛行，此時飛行馬赫數為5，從美國的紐約飛往東京隻需2小時；也可作地球大氣層外的軌道飛行，此時的飛行速度為25倍音速，僅需90分鍾就能繞地球一週。除作常規的民航機外，它還可代替現有的太空梭作軌道飛行。據估計，使用高超音速航空太空梭可使民航機的速度增加6倍，而航天飛行器的發射費用減少90% 。 1986年2月，美國總統在國情諮文講話中，把航空太空梭稱作新的“東方快車”，要求它在本世紀末投入使用。這種航空太空梭是航空航天技術一體化的體現，能在常規飛機跑道上起飛和著陸，自由方便地往返大氣層的一種新型飛行器。其起飛重量不到第一代太空梭總重的1/5（約500噸），而運載能力則提高兩倍多（達60噸以上），這樣就可大幅度降低航天運輸費用。
在軍事上，這種空天飛機既可作為全球高超音速運輸、洲際轟炸和戰略偵察，又可作為航天運載工具或太空兵器，有可能成為一般轟炸機、戰鬥機和導彈所“不可比擬”的攻擊和防禦力量。美國擬議中的空天飛機方案主要有兩種：一種是擬用作跨太平洋飛行的高超音速運輸機，稱“東方快車”，能以5～6倍音速在3萬米的高度作巡航飛行，隻需兩小時可從美國杜勒斯機場飛至日本東京；另一種為“跨大氣層飛行器”，可作軌道飛行（飛入地球低軌道的速度為25倍音速），也可在次軌道作氣動力機動，然後在迴升到軌道上以軌道速度航行。美國從1982年開始實施空天飛機這一長遠發展計劃，總費用預計為數十億至200億美元，由美國國防部和國家航空航天局聯合進行技術研究。為瞭解決在大氣層中持續高超音速飛行的問題，1985年以前在氫燃料的空氣渦輪衝壓發動機和超音速燃燒衝壓發動機技術研究方麵，已有所突破。從1986年至1988年，集中進行這類發動機的方案論證工作，並加速發展機體設計、動力裝置等關鍵技術，在1988年後著手研製一架試驗樣機，於l992年至1995年期間進行飛行試驗。它既是一種反應快、費用較低的跨大氣層飛行的運輸機，也是一種裝備有計算機和先進探測裝置的偵察飛行器，還可能是一種廉價、靈活並可重複使用的太空發射平台。 在未來太空戰中，既可以當作航空兵參加戰鬥，也可以參加天軍行列，在太空戰場上，空天飛機還可以摧毀敵人的航天器，俘獲敵人的衛星，與敵人的衛星展開廝殺，其威懾力堪比核武器；還可以為己方的部隊發射更多的軍用衛星，為己方部隊輸送大量的軍用物資和補給品。甚至還能幫助己方部隊奪取電磁戰場上的絕對優勢及奪取製天權，並且切斷敵方的通訊，摧毀敵方的各種衛星，使敵方的衛星無法為敵方工作。它是比太空梭更為靈活、速度更快、戰鬥力更強並且功能更多的一種新概念太空武器。
空天飛機在動力、武器係統、具體作戰領域等方麵仍處於基礎技術的預先研究和摸索階段，具體概念還不是甚為清晰。包括美國，“獵鷹”計劃、x--37b、x--43.，都還在進行技術驗證和工程機理研究，距離實戰應用還有一段曲折的道路要走。美國國防部高階研究計劃局（darpa）是美國國防部下屬一個專門專注於未來先進武器技術研發的部門。就在2013年12月初，該機構提出一項價值1400萬美元的計劃，名為“xs-1”專案。美國政府將於2018年執行首次發射這款新型空天飛行器。美國大張旗鼓的宣傳空天飛機研究計劃，不排除宣傳和展示實力的意圖。空天飛機應被看做一種潛在威脅，可能十年甚至更遠以後纔有望成為現實。
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