人類的航天時代才開始30多年，就出現了宇宙飛船、航天飛機等先進的交通運輸工具，使人類登臨了月球。但是，科學技術的進步是無止境的，人類在憧憬著：有朝一日，能不能像乘飛機航班那樣進行太空旅遊呢？完全有可能，但這要借助於新一代的更先進的交通工具——空天飛機。
空天飛機是在航天飛機基礎上發展起來的。顧名思義，它是一種航空航天飛機。即能像普通飛機那樣水平起飛，水平降落，又能像航天飛機那樣方便地進入太空軌道。
科學家們已經為未來的空天飛機勾畫了它的幾大特點：
一是研製和使用費用低。空天飛機是單級結構，地麵操縱簡單，維護時間短。
二是可以重複使用。預計空天飛機的使用次數可達幾千次，比航天飛機百次左右的使用壽命要高得多，故其發射費用低。
三是無人駕駛，完全由計算機控製。空天飛機可以自主地進行製導、導航和控製，可以相應減少地麵控製中心的規模。
四是發射回收程序簡單，空天飛機可以像普通飛機那樣起飛、著陸、加注燃料和檢修，因此可以使現在航天發射場的規模大為減小。
五是空天飛機能在升空的任何時間立即降落，它可以進行無動力飛行，例如當燃料係統和控製係統發生故障的情況下利用空氣動力特性來進行控製，返回地麵。
六是空天飛機兩次飛行之間的檢修像普通飛機那樣簡單，因而檢修時間很短。
美國已經提出了代號為X-30的國家空天飛機的方案：準備製造兩架試驗機，進行模擬高超音速飛機的飛行，速度將為音速的5～10倍；要在像愛德華空軍基地那樣的普通飛機場使用，進行地麵服務和加油，起飛與降落，並驗證X-30空天飛機以很陡的角度起飛能否防止超音速產生的音爆對地麵的危害。音爆是什麼？如果你參觀過超音速軍用飛機的飛行，就有可能遇到音爆。音爆是飛機在超音速飛行時所產生的強壓力波，傳到地麵上形成如同雷鳴般的爆炸聲。一聲巨響，或許房屋的玻璃都會被震碎。影響音爆的因素很多，但也是有規律可尋的，空天飛機要完成起飛、降落，必須設法防止音爆的產生、否則對環境的危害會影響它的使用。
X-30空天飛機將采用超音速燃燒衝壓發動機，它的動力相當於核動力火箭，燃料是液氫，飛機機體要用先進的鈦合金製造。因為X-30在飛行時任何一點的溫度都會超過649.9℃。X-30空天飛機如果進行改型作為民航客機使用的話，它的高超音速性能將會使國際航線的飛行時間大為縮短。例如，目前從東京飛到紐約需要14個小時，而使用X-30的改型飛機則縮短為2個小時。
英國的“霍托”空天飛機方案也是采用水平起飛和水平著陸的，它也是使用液氫燃料的發動機。它主要是將衛星送入軌道，也能執行建造和維護空間站的任務。
“霍托”空天飛機的外形與英法合作研製的“協和”號超音速客機很相像。尖尖的機身，三角形的機翼置於機身後部。與飛機不同的是，它沒有水平尾翼和垂直尾翼，靠前翼來進行航向操縱及維持安定性。4台發動機並列裝於飛機的尾部。“霍托”的起飛方式與一般飛機有別，雖然也是水平起飛，但卻是靠地麵發射車背著它助跑的方式，著陸則與普通飛機的方式相同。研製“霍托”旨在大幅度地降低發射成本，預計比常規的火箭發射和航天飛機發射費用降低80％。
英國反應發動機公司新提出了設計新款的“斯凱朗”空天飛機方案：這種空天飛機呈細長形，最大直徑6.25米，長82米，翼展27米，總重275噸，與現在最新型的波音777飛機的重量差不多。
“斯凱朗”空天飛機使用的發動機是“協同式空氣噴氣-火箭發動機”，它以空氣噴氣發動機和火箭發動機兩種形式工作，基本上共用一套硬件。其工作程序是：當用火箭輔助發射裝置完成起動後，立即轉換使用“協同式空氣噴氣——火箭發動機”，首先以空氣噴氣發動機方式工作。當空天飛機上升至26千米高度，飛行速度達到5倍音速時則轉換為火箭發動機方式工作。在約80千米高度進入轉移軌道。
“桑格爾”空天飛機是德國提出的研究方案。它是用於航空的飛機與航天的軌道飛行器分開又結合在一起的方案。在地麵起飛時，載機背負著軌道飛行器水平起飛，使用渦輪衝壓發動機燃後軌道飛行器與載機分離，軌道飛行器依靠自身的火箭發動機升入太空，載機即返回地麵以備再用。而軌道飛機器完成太空飛行返回大氣層後，能像航天飛機那樣水平著陸。實際上，“桑格爾”空天飛機就是載機加航天飛機而組成，載機的作用就是背著航天飛機水平起飛而已。
預計到21世紀下半葉，空天飛機的使用會像今天的民航客機那樣簡便，每天可能有數百架的空天飛機從赤道附近的幾個發射場起飛，來往於天地，把旅客送上天空，把開發的空間產品和資源運回地球。航天發射地也許會像今天的大型國際機場那樣繁忙。