發展空天飛機的主要目的是想降低空天之間的運輸費用。其途徑歸納起來主要有三條：一是充分利用大氣層中的氧，以減飛行攜帶的氧化劑，從而減輕起飛重量；二是整個飛行全部重複使用，除消耗推進劑外不拋棄任何部件；三是水平起飛，水平降落，簡化起飛（發）和降落（返回）所需的場地設施和作程式，減維修費用。
但是，經過幾年的研究分析，科學家們發規，過去的估計過於樂觀。實際上。上述三條途徑知易而行難。需要解決的關鍵技難度決非短時間能突破，這些關鍵技有：新發機，因為，空天飛機的飛行範圍為從大氣層到大氣層外，速度從0到25，如此大的度和工作環境變化是現有的所有單一型別的發機都不可能勝任的，從而也就使為空天飛機研製全新的發機為整個專案的關鍵。
眾所周知，噴氣式發機需要在大氣層中吸空氣，無需攜帶氧化劑，但無法在大氣層外工作，且實用速度較小；而火箭發機自帶氧化劑，可以工作在大氣層外，使用速度範圍較廣，但攜帶的氧化劑較笨重，比衝小。設想的空天飛機的力一般為採用超音速燃燒衝發機+火箭發機或渦噴氣+衝噴氣+火箭發機的組合力方式。但超燃衝發機的研製上存在相當多的技問題，而多種發機的組合方式又使結構變得過於複雜和不可靠。
核反應堆會產生很多高速移的離子， 這些高能粒子移速度非常快，從而可以使用磁場來控制它們的噴方向。這和離子火箭的原理相似，從飛機尾部噴出高速移的離子，從而使飛機產生反衝運。這種方法的優點是推比異常大，無需攜帶任何介質，持續強。
氣分析，太空梭返回再大氣層的空氣力學問題，曾經耗費了科學家們多年的心，作了約10萬小時的風試驗。空天飛機的空氣力學問題比太空梭複雜得多。因為飛機速度變化大，馬赫數從0變化到25；飛行高度變化大，從地面到幾百公里高的外層空間；返回再大氣層時下行時間長，太空梭只有十幾分鍾，空天飛機則為l～2小時。
解決空氣力學問題的基本手段是風。就連國暫時也不備馬赫數可以越這樣大範圍的試驗風。即使有了風還需要作上百萬小時的試驗，那意味著就是晝夜不停地試驗，也需要花費100多年的時間。於是，只能求助於計算機，用計算方法來解決，而對那維爾斯托克斯方程的求解尚存在許多理論上和計算速度上的問題。
研製空天飛機最關鍵技是力裝置。它的力裝置必須能在極廣的範圍工作，即從起飛時速度為零一直加速到軌時速度（高達25馬赫數）的飛行範圍能有效地工作。它應備兩種功能：一是火箭發機，用於大氣層外的推進；一是吸氣式發機，用於大氣層的推進。吸氣式發機要在大馬赫數條件下工作。利用衝作用對空氣進行化。為本提供燃料。單一型別的發機是無法同時完這兩個任務的，在研製一種多迴圈工作制的組合發機，但技難度很大。可以說，發機研製功與否，將決定空天飛機的命運。
一設計，空天飛機裡安裝了空氣渦發機、衝發機和火箭發機三類發機。空氣渦噴氣發機可以使空天飛機水平起飛。當時速超過2400公里時，就使用衝發機，它使空天飛機在離地面60公里的大氣層以每小時近3萬公里的速度飛行。如果再用火箭發機加速，空天飛機就衝出大氣層，像太空梭一樣，直接進太空
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