人类自古以来就梦想飞翔。当科技发展到一定阶段的时候，这种梦想就一步一步的变为现实。现在人类已经可以制造出飞机和太空船，这些运载工具可以把人类送上天空。然而，飞机和太空船的设计从来都是各成体系的，因为飞机在大气层内飞行，而太空船在太空中飞行。前者属于航空，后者属于航天。尽管差别很大，但这两大技术存在着千丝万缕的关系，因为无论什么航天器进出太空，都必须穿越大气层，不得不与空气打交道，后者显然属于航空技术的范畴。这种紧密联系导致人们产生这样一种想法，有没有一种飞行器，它既能在大气层内飞行，又能在大气层外航行，它既能水平起飞，又能水平降落呢?这种新型飞行器就是航空航天飞机，简称空天飞机。
推动空天飞机研究的直接动力是它的经济实惠性。由于空天飞机可以重复往返于地球和太空之间，所以，相对于传统的一次性运载火箭，它可以节省大量的资金。而它和航天飞机相比，由于空天飞机可以水平起飞，所以它的安全性更高。所以，为了寻求一种既经济，又安全的天地往返运载系统，世界各个发达国家纷纷推进自己的空天飞机研究。
空天飞机的设计思路有：充分利用大气层中的氧，以减少飞行器携带的氧化剂，从而减轻起飞重量；整个飞行器全部重复使用，除消耗推进剂外不抛弃任何部件；水平起飞，水平降落，简化升空和返回所需的场地设施和操作程序，以减少维修费用。
空天飞机的这些性能对科学技术提出了很高的挑战。首先就是发动机。因为空天飞机的飞行范围为从大气层内到大气层外，速度从0一直加速到约25倍音速，这样的大跨度和飞行环境变化，目前所有的单一类型发动机都不可能胜任。所以，为空天飞机研制全新的发动机就成为关键难题。
我们知道，普通飞机使用的是喷气式发动机，这种发动机需要在大气层中吸入空气，无需携带氧化剂，但无法在大气层外工作，且实用速度较小。而火箭呢，其发动机动力强劲，但携带的氧化剂较笨重，比冲小。目前设想的空天飞机的动力一般为采用这两种的组合动力方式。但这种组合会使空天飞机的结构变得过于复杂，从而影响了其性能的可靠。
再者，空天飞机的外形也成了大难题。当一个飞行器以6倍音速以上的速度在大气层中飞行时，空气阻力将急剧上升，所以其外形必须高度流线化。我们最常见的民用飞机那种翼吊式发动机已不能使用，这就需要将发动机与机身合并，构成高度流线化的整体外形。这叫做“发动机与机身一体化”。在一体化设计中，最复杂的是，要使进气道与排气喷管的几何形状，能随飞行速度的变化而变化，以便调节进气量，使发动机在低速时能产生额定推力，而在高速时又可降低耗油量，还要保证进气道有足够的刚度和耐高温性能，以使它在返回大气层的过程中，能经受住高速气流和气动力热的作用，这样才不致发生明显变形，才可多次重复使用。
还有，空天飞机的制造材料也是个大难题。空天飞机需要多次出入大气层，每次都会与空气剧烈摩擦而产生大量气动加热，特别是以高超音速返回大气层时，气动加热会使其表面达到极高的温度。机头处温度约为1800摄氏度，机翼和尾翼前缘温度约为1460摄氏度，机身下表面约为980摄氏度，上表面约为760摄氏度。因此，必须有一个重量轻、性能好、能重复使用的防热系统。
空天飞机在起飞上升阶段要经受发动机的冲击力、振动、空气动力等的作用，在返回阶段要经受颤振、起落架摆振等的作用。在这种情况下，防热系统既要保持良好的气动外形，又要能长期重复使用，维护方便，所以其技术难度是相当大的。
我们以大家熟知的美国航天飞机为例，由于受气动加热的时间短，航天飞机表面覆盖氧化硅防热瓦即可达到满意的防热效果。但是，这对空天飞机来说，则远远不够。如果单靠增加防热层厚度来解决问题，则将使重量大大增加，而且防热层还不能被烧坏。否则会影响重复使用。
为了满足空天飞机的防热要求，目前正在研究用快速固化粉末冶金工艺制造纯度很高、质量很轻的耐高温合金。美国已研制出高速固化钛硼合金，它在高温下的强度可达到目前使用的钛合金在室温下的强度，这种合金适宜用来制造机身内层结构骨架。机头与机翼等温度最高的部位，要求采用碳复合材料，这种复合材料表面有碳化硅涂层，重量轻，耐高温性能好。此外，还需要研究金属基复合材料，例如碳化硅纤维增强的钛复合材料等。这种材料应该兼有碳化硅的耐高温性能，又具有钛合金的高强度特性。
以上所提的这几个难题，只是空天飞机众多技术难题的几个关键问题，这几个问题决非短时间内能突破。总体说来，空天飞机技术难度大，所需要的投资多，研制周期长，势必需要大量的科研人才，科学家之间的国际合作也是必不可少的。
[责任编辑]李金
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