美国正在进行一项投资30亿美元的研究工作，以便制造空天飞机，这种飞机可从普通跑道起飞，达到M25速度，飞进空间。不过，法国、英国和德国的小组正在提出不同于美国设计的给人印象深刻的可供选择的方案。
美国、德国、法国和英国正在开展技术竞争，以便研制可以达到M25高超音速载人飞机（M1为声音速度，在海平面等于每小时700英里）。这种空天飞机有着广泛的用途。作为航天飞机的替换机，它把载荷送到轨道的费用从1英镑4000美元降至200美元，使在地球轨道上建造永久性有人居住的场所变得更加切实可行，它还能发射和回收卫星。作为客机，它在1小财之内便能飞抵地球的另一侧。此种运输机的原型机有可能在下一世纪初制造出来。
在美国，国家空天飞机（简称NASP）是一项由国防部、国家航空航天局和工业界投资30亿美元的研究工作，用以开发命名为X-30研究机的技术，该机可从跑道起飞，用吸气发动机作高超音速巡航，飞进空间。这种飞机的研究工作起步于60年代，后来为了支持研制航天飞机暂停了下来。在1986年，由里根总统恢复起来。
一个小组的途径
至1990年5月为止，通用动力公司、麦克唐纳 · 道格拉斯公司和洛克韦尔国际公司北美航空分公司以及两家发动机制造公司（洛克韦尔国际公司洛克迪尼分公司和联合技术公司普朗特与惠特尼分公司）均在争夺X-30的设计与制造权。此时，这些公司决定作为一个小组在一起工作，并在加利福尼亚州肖尔海滩（Seal Beach）设立承包商的国家计划办公室，由洛克韦尔公司巴里 · 沃尔德（Barry Waldman）担任小组负责人。
联合组成一个小组的推动力是避免因预算摩擦而排斥生存。组成一个小组还排除了各个公司的不确定因素。“每个单位都在按照自己意愿进行研究，并且都希望它们是正确的”，NASP承包商的计划办公室研制副主任鲍勃 · 麦克盖菲（Bob McGuffee）说道。“当我们分享我们的竞争资料并看到我们所掌握的情况时，我们便明白我们是走在正确轨道上。”
目前，研制X-30的计划分成三个阶段：可行性研究，技术开发与飞行器论证，以及飞行研究与飞行器验证。第一阶段探讨了发动机方案，发动机与机体一体化技术，以及轻型坚固材料的应用。
眼前，该计划正处在第二阶段。1990年10月，小组公布了它的NASP初步构型。该小组目前正在研究把这种设计具体化，并且决定X-30的组装方法。
小组提出的初步构型具有宽机身和小机翼，用来产生升力；机翼还当作操纵面来使用，宽机身有宽阔的表面，可以捕获空气并把它送到该飞机的3台发动机进气口。这种机身形状还能有效利用其容积；即它被设计成能装载最大容量氢燃料。X-30长度为45~61米，它的总重量大约为132，600公斤。它将乘载2名乘员，在座舱里并排坐着。
在NASP计划进入第三阶段之前，承包商小组必须进行大量风洞试验与分析。“我们不知道到第三阶段要花多少钱，因为我们至今尚未完成初步设计”，麦克盖菲说道。“所有探索性工作均已完成。目前我们正在做的，就是设法把它们全部装在一起并使构型最佳化。我们还要做些工装设计，在低M数范围内对我们所关注的各种部件做些试验。对氢（兼做燃料和主动冷却剂）与某些材料怎样起反应，我们仍然要作些研究。而且，对于将与氢接触的某些先进材料还要作些研究。”
在1993年4月，政府将决定是否要进行正式设计并制造2架X-30。这2架飞机准备在1997年作初步试验飞行，在1999年作第一次轨道飞行。
三种推进系统
要把空天飞机推进到轨道，它需要燃烧氧和氢的混合物（重量比为6：1），在燃烧过程中生成水。这与航天飞机上升所用的推进方法是相同的，不过空天飞机的氧将取自大气而不是由飞行器上大燃料箱供给。机上装载的氢将是泥浆式氢（气态、液态和固态氢的混合物）。
泥浆氢还将作为主动冷却系统的冷却剂。这将是必要的，因为空天飞机在地球大气层里飞行时间是航天飞机的2倍。因此，该机蒙皮温度将是极高的。让泥浆氢通过机翼前缘，可把它的温度降下来。
为了装载氢，通用动力公司、麦克唐纳 · 道格拉斯公司和北美航空公司正在设计用石墨环氧树脂制造的轻型坚固箱子。这些箱子将暴露于热灯底下以测试其隔热能力，而且进行加载以测定其强度。由于氢容易使很多材料脆化，承包商小组还将试验氢怎样与燃料管道和机翼前缘起反应。
在超音速飞行期间烧氢能力是高超音速吸气推进装置的主要要求。正如所设想的，空天飞机在M2.5以下将使用低速推进系统，加速到大约M6.5用冲压喷气系统，在M6.5以上用超音速燃烧冲压喷气系统。火箭发动机还将作为辅助推进装置。
超音速燃烧冲压喷气系统是在大M数作吸气高超音速飞行的关键技术。从本质上说，超音速燃烧冲压喷气系统是精心成形的凸轮，它压缩并限制以超音速进入的冲压空气，以便给它加热，给它以适当的固体质量与流动轨迹以点燃氢。超音速燃烧冲压喷气系统有很长的前机身，这是点火燃烧室前面区域，在此处产生冲压效应，超音速燃烧冲压喷气系统后端作为燃烧产生的水蒸气和氮气的排气口。
在超音速燃烧冲压喷气系统中，喷入氢及其与空气混合对于性能是极其重要的。在这方面，普朗特与惠特尼公司正在对泥浆壁面喷咀（垂直于流入的气流供给燃料）和燃料支柱喷咀（平行于气流供给燃料）进行试验。
推进系统将以具有3070~3405公斤推力的火箭发动机进行加力。这可使空天飞机上升到轨道上，如果超音速燃烧冲压喷气系统熄火的话，它可提供附加的安全余量。
普朗特与惠特尼公司负责研制发动机操纵机构，而洛克迪尼公司则负责发动机一体化。在机体公司中，麦克唐纳 · 道格拉斯公司负责研制空天飞机机身和操纵系统。通用动力公司负责把机体子装配件和推进系统装进机体中，北美航空公司负责研制飞行器管理系统。
计算流体动力学分析
在试验推进系统怎样很好工作和怎样成功地使之与机体一体化方面，空天飞机小组日益依赖于数值模拟。理由之一就是，美国风洞无法对大部件，比如对整个超音速燃烧冲压喷气系统在大M数下进行试验。这些风洞适用于试验飞行速度达到M14左右的小部件。对于较大部件，它们只能试验到M8。然而，空天飞机要达到M25，这是进入轨道必备的速度。因此，要利用计算流体动力学软件，在超级计算机上对机体、发动机和其它大型部件进行与风洞等效的分析。
由于在计算流体动力学软件中使用大量粗略的物理近似式——特别是在紊流模拟区域中，空天飞机的计算机模拟务必用实验来证实。“问题在于，你怎样证实：按M8同样做法，其代码就适用于M18”，麦克盖菲说道。“这就是X-30势必要飞行的原因。我们能够证实这些代码与计算流体动力学分析的唯一途径，就是通过在高超音速区域上段进行飞行试验。我们将尽我们所能利用计算和良好判断，并且在飞行试验中按照我们的途径从M8开始逐渐增大速度。我们便会明白温度怎样变化，燃烧室效率怎样变化，喷咀怎样工作，以及哪个部位要修整，然后在下一次飞行时飞到M9，并按我们途径逐步增大飞行速度。”
据麦克盖菲说，证实计算流体动力学代码对未来飞机如何设计有着深刻的影响。“如果这些代码在飞行中得到证实，那么你就不必去建造风洞，把整架飞机放在风洞中进行M18的试验。而你就可以使用计算机在任何飞行领域去证实飞机的设计。”
在研制空天飞机时，在这一点上，国家航空航天局的空天飞机副主任马歇尔 · 威克斯（Michael Weeks）警告不要过分强调计算流体动力学的重要性，并且引用以前的一个先例。“在超音速飞行之前，我们有过最差的一些模型。通过飞行试验，我们发现：我们当作障碍进行计算的不是真实的，而且发现：通过飞行试验，我们能够得到正确的结果。”
用计算流体动力学模拟发动机燃烧是一个更加困难的问题，据威克斯说。“模拟燃烧的进展或许是以超级计算机进行计算遇到的最难办的事情，因为在燃烧室中存在着26种重要反应，所以我们应当更多地依赖地面试验而不是依赖于计算。”
焦点在材料上
今年下半年，空天飞机的材料与结构的开发计划（1987年开始执行）有希望完成。这项1.35亿美元的研究工作集中在研制对X-30是至关重要的材料，从早期研制阶段直至它们可能在实验机上被认真考虑的地步。该计划很快选出了大隆材料，开始时看起来有希望，但是都没有成功。
空天飞机与航天飞机不同，航天飞机在高轨道上飞行，要尽快地离开大气层，然后加速达到轨道速度，而空天飞机在达到轨道之前则长时间地在大气层里飞行。因此，空天飞机将经历更大的压力和温度的变化范围。高压相高温的组合使机体部件、构件和蒙皮承受的应力明显增大。这，连同要求抗化学浸蚀、氧化和腐蚀的轻型结构，使得材料研究成为一个难题。
据空天飞机计划办公室技术副主任内德 · 纽曼（Ned Newman）说，“问题是通过分析轨迹与温度，弄清整个飞行器上各种载荷，然后确定结构的尺寸使得所选的材料最大限度地适用于某一特定部位，以提供可能的最轻结构”。
承包商研究了5种材料。每个公司负责1种。在机体公司中，北美航空公司负责铝化钛；麦克唐纳 · 道格拉斯公司受理钛基复合材料、通用动力公司对付耐火的碳 - 碳复合材料。至于发动机（预计此处是较高热通量的环境），洛克迪尼公司负责研究高传导率的复合材料，其中包括连续石墨纤维增强的铜复合材料，快速固化的铍合金，以及氮化铝，普朗特与惠特尼公司则研究高蠕变强度材料，尤其是铝化钛。
碳 - 碳复合材料、铝化钛和钛基复合材料似乎都有希望。碳 - 碳耐火材料将经受3200~3600°F。确实，碳 - 碳复合材料在3200°F时比在2500°F时强度更大，碳 - 碳复合材料已被制成Z形机身支撑构件（称为长桁）以及用长桁支撑的1.22×3.05米壁板，这些都将进行试验，供空天飞机使用。
碳 - 碳复合材料留下的问题是，研制抗氧化的涂层。制造大型喷涂设备是个问题。目前，美国制造厂家只能喷涂1.22×1.525米零件。
铝化钛用作碳化硅和其它增强纤维的基质材料，在1500°F以上纤维的高温强度补偿了铝化钛强度快速下降。正常情况下，铝化钛是非常脆的；然而，已经提出了把该材料轧制成薄片的方法，这便不成问题了。这种材料已被制成蒙皮壁板，目前正在试验之中，供空天飞机使用。
钛基复合材料已被制成1.22×2.43米壁板和3.66米的梁 · 这些都已经做过模拟X-30将会遇到的温度和疲劳载荷的试验。至今，钛基复合材料已经作了数百次模拟飞行仍然没有损坏。
英国的霍托尔（HOTOL）
除美国外，有3个国家正在提出可供选择的空天飞机方案。这些是 ：英国的水平起降霍托尔飞行器，法国的赫梅斯（Hennes）空间飞机，和德国的桑格尔2号。
英国的霍托尔原先设计作为全部可回收和可重复使用的空间飞机，用有轮子或有滑撬的火箭车从普通跑道发射。它由吸气烧氢的发动机推进到M5，此时起动火箭发动机，把它推进到低地轨道。它被设计用来发射卫星和为欧洲空间局的哥伦布空间站舱服务。然而，英国政府于1987年取消了对霍托尔的财政支持，并遇到了它的支持者（英国宇航公司和罗尔斯 · 罗伊斯公司）以寻求其它财源。此时，英国政府把霍托尔列为保密项目又使它难于得到这些财源。
今天，英国正在与苏联商谈（译注：指在苏联解体之前）。利用苏联安225超音速运输机重新设计的霍托尔，拟在大约9150米高度以M0.8速度进行空中发射。其空机重量约为45吨，起飞重量约276吨。这种新的空间飞机不同于原先的霍托尔，它的机翼较小，装有以苏联技术为基础的纯火箭推进装置，以代替组合循环发动机。
法国的赫梅斯（Hermes）
法国的参与竞争者赫梅斯将是类似于可重复使用的航天飞机的飞行器，用正在研制的阿里安5号火箭助推器发射。赫梅斯装在阿里安5号顶部，从位于法国奎亚那的欧洲空间局Kourou空间中心升空。尽管赫梅斯不是设计用来发射卫星，但是，它将为哥伦布空间站舱服务，能持续11~28天执行任务，在此期间它可以在轨道上进行实验。
赫梅斯计划的主要承包商是法国宇航公司、德国德意志宇航公司和意大利宇航公司。赫梅斯计划的财政预算大约为45亿美元，首次不载人飞行定于1998年，翌年作载人飞行。使赫梅斯重量低到足以使阿里安5号能够发射它，这是该项目工程师们面临的有待解决的关键问题之一。
德国的桑格尔2号（Sanger2）
桑格尔2号是吸气式高超音速运输机，装载着火箭推进的第二级（载人的或不载人的）。第二级装在高超音速运输机的背上，在19海里高度于M6.8左右速度从母机上放飞。载人的第二级[称为水平的轨道末级（HORUS）]用于支援空间站，最终供空间旅游用。预计，它能运送2~4公吨载荷。
HORUS拟由正在为阿里安5号助推器研制的同样氧/氢火箭发动机推进。不载人型别（称为载货末级）将是不可重复使用的火箭推进的飞行器。桑格尔2号将使用现有技术，由使用液氢的涡轮冲压喷气发动机推进，大约于2005年投入使用。
整个德国计划分成若干连续阶段，预计要15~17年时间。在198 S年，德国为第一阶段提供了大约2亿美元，研究与开发保障桑格尔的技术。至今，1公吨推力的氢推进的冲压喷气发动机已经作了试验，而且打算在此后3.5年期间试验10公吨推力发动机，在该计划第二阶段期间（1993~1999年），将要研制涡轮冲压喷气发动机，在M5.5级桑格尔原型机（称为Hytex）上进行飞行试验。
德国宇航工业界桑格尔主要支持者Messerschmitt-Boelkow-Blohm公司正在欧洲各地为该计划寻求更多的合作伙伴，该公司正在与政府和澳大利亚、西班牙、意大利、荷兰和斯勘的纳维亚的法人代表会谈。
另外的研究工作
前苏联人参与英国霍托尔计划时，人们便怀疑：他们是否打算研制他们自己的空间飞机。据报道，苏联工程师们试验了小型模型以及制造高超音速巡航飞行器所需的冲压喷气/超音速燃烧冲压喷气发动机技术。苏联人正在使用高超音速风洞，这个风洞被列为世界上最先进的空气动力学设施之一。该风洞大到足以试验大型部件。确实，据说该风洞比美国洛克迪尼公司使用的还要大。
日本的大量研究工作很大程度集中在推进系统。确实，日本已经为此后8~10年提供了160亿美元，以便成为世界上先进推进装置的主要供应商。日本政府和工业界官员正在做这件事，因为他们认为，他们能在比发展制造空间飞机所需的共同基础和经验短得多的时间里制造出发动机来。
作为研究工作的组成部分，各种先进推进方案都将予以研究。这些方案包括：涡轮冲压喷气发动机，超音速燃烧冲压喷气发动机，以及若干种在飞行期间能够使大气层中氧气液化作为氧化剂与氢混合的发动机。
[Mechanical Engineering，1991年7月]