管道飞车
不远的将来，将会有一种新的交通工具，它不是火车，不是飞机，却胜过火车，胜过飞机。21世纪，将出现一种奇特交通运输系统——管道飞行系统，这是由超高速飞车和无空气隧道组成。飞车在隧道中行驶，时速高达2万多千米，是目前客机飞行速度的20倍。有人把这种飞车称为“炮弹”列车。
这种列车之所以有如此高的飞行速度，原因有几个方面：一是飞车的形状做流线型，这样可以最大限度地减少空气的阻力。二是它不是以汽油为燃料，而是依靠电磁力推动的。列车行驶在一种特殊的轨道上，这种轨道在通电后能产生一种向上的浮力，可将列车整个托起。这种列车，人们称为磁浮列车，它不像普通火车那样行驶在铁轨上，而是悬浮在轨道上，有点像冲浪板在波浪上的漂行。第三是由于列车行驶在一种隧道中，其中的空气已经被抽去，所以，列车行进时几乎没有空气阻力。
据专家预测，如果这种磁力悬浮列车在美国进入实际应用，到那时，若要横跨美国，从东海岸的纽约到西海岸的洛杉矶，全程只需要21分钟。除了在美国建立全国性的巨大的隧道网之外，科学家们还向往着在北海底下经格陵兰和冰岛，再经白令海峡，用隧道将美洲和欧、亚、非三洲连成一体。那时，乘管道飞车，只要3小时就可以周游世界了。这种车将成为地球上交通工具之冠。
2002年12月31日，举世瞩目的上海磁悬浮列车线试运行，它是世界上第一条投入商业运营的磁悬浮列车线。相信在不久的将来，这种磁悬浮飞车将成为主要的高速交通工具。
未来的汽车
为了保护大气环境和节约能源，国外汽车工业企业集团都在加紧对未来汽车的研究和开发工作。专家认为日本未来的汽车将向高技术化、轻型化、节能化、无污染化等方面发展。
氢汽车日本专家认为，氢发动机汽车很可能作为继汽油发动机汽车之后而与电动汽车并列的有广阔前景的无公害汽车。但目前最关键性问题是防止回火。这将关系到氢汽车是否能提供实用的问题。日本武藏工业大学采用直接把液态氢灌进发动机内的方法，为此需开发一种液态氢泵。目前，已研制出一种小型液态氢泵。安装在汽缸发动机上，经过行驶试验，没有出现回火、过早着火和爆震等异常现象。
超导汽车日本认为，21世纪可能出现超导汽车。超导汽车的超导电力贮存装置能像电池一样进行充电，但是，还必须解决一系列技术问题，例如受线圈产生的磁场影响使临界电流密度降低，在电力贮存装置内产生的电磁力对应等。目前，日本专家和技术人员正在加以研究和解决这类问题。
陶瓷发动机汽车日本专家认为，用与金属同等韧性有高温强度的氮化硅、碳化硅，以及稳定性氧化锆等制造的陶瓷发动机，除能减轻汽车的重量外，还可使活塞的惯性力矩变小，并且不需要冷却，如果增加余热回收，能比原来汽车节能30％。但是，能全面代替金属的陶瓷材料较难生产，目前仍停留在对涡轮增压器的应用上。
把陶瓷作为耐热抗蚀结构材料利用，其最大特点是在高温高强度方面优于金属，而且克服了脆性，保持了与金属相似的韧性。最近，日本五十铃汽车公司计划研制全国陶瓷材料的汽油柴油两用型的绝热复合涡轮发动机。这种发动机与以往的发动机相比重量减轻到1／3。若利用发动机余热则可把燃烧效率提高到50％。
塑料发动机汽车日本与其他国家拟共同研制塑料发动机汽车。在这之前，美欧5家公司共同研究开发完成了塑料发动机的试制。这种发动机的排气量为1000℃，在汽缸顶罩凸轮轴上每个汽缸有1个燃料吸入口、两个排气口、已塑料化的是汽缸体、化油器油门主体、浮子室装配件、凸轮罩及集油盘。
凸轮罩是用聚酯注射而成，集油盘使用缝合布增强环氧树脂。这种塑料发动机，燃料节省率为5％，二氧化碳排放减小率为2％，车体重量减轻率为3％，日本行家认为，塑料发动机汽车是未来汽车领域中一种大有可为的汽车。
事实说明，只有使管理现代化、自动化和系统化，才能确保公路交通的畅通无阻，将车祸减少到最低的限度。美国科学家研制的红外线及微波扫描器实现高度自动化。如果把它们设置在公路旁，可以起到路旁“信标”的作用。
这种扫描器的工作原理是运用红外线技术或者微技术，对交通进行监测、识别和管理。一旦发现潜在危险或问题时，它会马上向有关汽车的司机发出警告信号，使对方立即采取躲避措施来避免发生意外。
汽车行驶经过路边的扫描器时，车上的发射机和接收机就会自动启用，发送和接收有关的交通信息；与此同时，扫描器也开始工作，一方面把车上的信息送到中央控制设备，另一方面把中央控制设备对信息的处理结果发送到汽车上。这份关于结果的报告对于司机来说是至关重要的，因为它极为具体详尽地说明了他（她）的汽车应该怎样继续行驶才最安全，其中包括了行驶的路线和方向等。司机可以根据这份报告及时地对原来的行驶线路加以必要的改变或者调整，最后安全迅速地抵达目的地。
交通安全与否，管理固然重要，但汽车本身“聪明”也十分重要。美国为让汽车“聪明”起来，研制出一种极为先进的车辆探测和报警系统。这个系统的核心部分是多普勒雷达系统，频率为18～26．5千兆赫。它由平面窄波束天线、集成化发射机和接收机以及数字信息处理装置等组成。该系统极其敏感，可以在车流量很大的公路上同时跟踪20余个目标。
车辆探测和报警系统除了能测出前方车辆的位置和速度，并且在查出潜在的危险后立即报警，给司机提供采取躲避措施的时间之外，还可以提醒汽车防止背面碰撞。原来在汽车的背面安装了近体目标探测传感器。当车辆倒车时，若有其他车辆开来，传感器在预算到两者可能相撞时会马上报警。更为奇妙的是，车辆探测和报警系统还能够像飞机上的“黑匣子”那样，把汽车出现意外或碰撞等有关车祸的情况记录下来，这些信息或数据将有助于查明交通事故的原因，提供确定谁承担责任的重要依据。
只提醒司机注意还不够，科技人员正在研制能采取躲避行动的装置、空气垫和自动调速系统。空气垫在车身前方的传感器发现某种迎面而来的冲击力时，会自动张开，使车辆化险为夷。自动调速系统能调整车速，保持车间距离。
另外，美国正在建立乘客信息系统，目的是向司机和乘客提供城市饭店、交通情况和终点的行车线路等信息。乘客信息系统由视频屏幕、微型计算机、车载天线和与全球定位卫星系统相联系的接收机等现代仪器组成。
21世纪交通管理将出现重大的卓有成效的变革，这些变化不久会遍及全世界，具有深远的影响。
智能化和生态化道路
许久以前，一种能自动运送行人的人行道就已经问世。自动人行道实际上是一条能自动前进的传送带，好像工厂中的流水线一样。在一些大型商场、车站或机场的候机大厅里用一种水平运动的电梯，就是这种自动装置。而自动人行道是建造在马路上的平面电梯。
自动人行道可分快速道和慢速道。快速道的最高速度可达每小时25千米，相当于市内公共汽车速度；慢速道的速度是每小时5千米，相当于人的步行速度。为了在加速时保证乘客的安全，他们可以先踏在一条每小时3．2千米的输送带上。这条慢速道运行缓慢而平稳，在它到达和它平行的快速输送带前，先要经过一段曲线运动。然后这两条输送带以每小时16千米的速度并行，它们连锁在一起，以防滑动或分离。这样乘客能很容易地转到快速平台上。到达目的地，或者乘客想下来，再按照和刚才相反的顺序，就可以走到不动的地面上。
有些国家大街上已出现自动运送行人的人行道。日本某地的自动人行道，以每小时3．2千米的速度每日输送100多万乘客。法国巴黎的自动人行道穿越巴黎新的商业中心，每小时可输送1．9万人。
自动人行道的出现，使城市交通增添了新的力量，大大地方便了行人。科学家还在设想，用自动人行道把繁华商业区以及其他公共设施，联结成一个整体。到那时你上街办事、上班下班，不必考虑什么交通工具，只要登上自动人行道，就可以畅通无阻，到达所要去的任何一个地方。
由于人口的急剧增加，全世界居住生态发生了前所未有的巨大变化，这些变化，将会导致全球到21世纪出现越来越多的人口超过1000万的巨型城市。这些巨型城市的出现会给人类带来一系列的问题，21世纪，交通管理也将随之发生深刻变化。
城市人口的剧增，城市的公路设施已经越来越跟不上发展的需要了。以美国为例，近25年来，公路的车流量增大了1倍多。由于交通拥挤造成生产值的损失高达1000亿美元，因此美国计划用30年的时间在全国建立起智能化的公路系统。
公路两侧配备自动化监视设备，通过光纤和电缆与公路交通监控中心的枢纽电脑相连。这样公路车流量和路面情况清楚地存储在监控中心的大型枢纽电脑之中。各种车辆均有移动电话与交通监控中心的电脑枢纽相联系，因此每辆汽车都能及时地避开拥挤堵塞的局面。如果遇到重大车祸和自然灾害袭击时，也能通过交通监控中心及时地拯灾救险。
生态化的公路已经在全世界开始建设起来了，新加坡、德国都相继发展起生态化公路。所谓生态化公路不仅是在公路两旁种植绿色植物和高耸的林带等来防治空气污染和减少噪声，而且还在公路上实施路面绿化。
大多数城市的公路目前都是以混凝土、沥青等材料建造的，这些公路的材料根本不适合绿色植物生长，就连世界上生命力量强的先锋植物地衣也不能生长，这些公路实际上成了植物的沙漠。科学家另辟蹊径地在路面上遍穿小孔，并在小孔里种上绿草，绿草在路面的保护下不会被汽车压死，因此就能成活。这样大约70％路面上有草，这就大大减小了太阳光在路面上的反射，并使得“沙漠”变成“绿洲”，有效地防治汽车废气的污染。未来城市生态大为改观。
快过汽车的自行车
自行车是一种便捷的交通工具，而且它不需要能源，不会造成交通阻塞，还可锻炼骑车人身体，所以，即使是现在乃至将来，交通很发达，自行车仍是很受欢迎的交通工具。
自行车本身也在不断地改进、发展变化着。未来的自行车新成员——高速自行车时速可达100千米以上。在自行车专用高速公路上，骑自行车比乘小汽车还要快；它只消耗骑车人的体力，而不消耗任何能源。
高速自行车的结构同传统的自行车不同。它的外部用轻质的塑料风罩，将车身的一部分或者将车身完全包起来，使自行车具有流线型的外形。根据科研人员试验，如果将整个车身罩在流线型外罩里，可以使空气阻力减少一半。也就是说，使骑自行车的标准时速由16千米提高到32千米。
高速自行车的第二项改进是车座。现在自行车的座位在脚蹬的上方，骑车人在向下踏动脚蹬时，所施加的力一般不能超过自身的重量。但是，骑赛车时，把腰弯下，用脚向下蹬踏，就能用上更大的力气。科学家根据这一原理，把高速自行车的车座装在与脚蹬等高的平面上，让人像半躺着一样踩脚蹬。这样，在脚蹬上不用格外多用力，也能把时速提高到40千米。
高速自行车还像儿童用脚踏车那样，做成三个轮子或者四个轮子。因为装有流线型外罩的低座二轮自行车的重心很低，骑车人如果稍微向左或向右一侧身，自行车就会失去平衡；因时速高了，受到侧向风，马上就会翻车。因此，再装上一个车轮，就解决了重心低和稳定性差的平衡问题。
现在，很多科研人员和自行车爱好者都在研制高速自行车。他们不仅使自行车具有以上三个特点，而且在车的结构上也下了工夫，如采用整体式车架，蜂窝结构的碳纤维车身，使强度提高5倍，而重量只有原来的1／4。美国一位宇航科学家曾同人合作，设计出一系列叫“维克多”的高速自行车，可乘坐两人，最高时速达150千米。轮胎内填充着弹性良好的发泡材料，缓冲的车座向上倾斜，外形光滑而呈流线型，雨点都不会停留在防风罩上。人们骑着这种自行车，舒适、安全，像乘小轿车一样疾驶如飞。
步行助行器
随着现代科学技术的发展，汽车、火车等一系列交通工具的诞生，使人类“日行千里”的梦想变成了现实。但是，使用这些交通工具时，毕竟要受到时间、地点等条件的限制。能否发明一种简便、高效、便于携带的助行工具呢？美国宇航局和斯坦福研究所的两名科学家经过长期研究，发明了一种新型装置——步行助行器。
步行助行器是由高效弹簧、杠杆和机械腿组成。使用时，将弹簧装置固定在背后，通过绳索与脚和机械连接。提高步行速度的方法有两种。一是增大步长，二是增大蹬地力量。这种步行助行器奥秘就在于通过弹簧装置的压缩松弛，大大增加了脚的蹬地力量。另外，人在行走时，很大一部分能量消耗在为克服地球引力而作出的垂直运动上。这种装置在增大蹬地力量时，还把向上运动转换成向前运动，使垂直运动能量损失减少80％。经测定，配用助行器后，一般人的行走速度也可以达到每小时30千米以上。假如进行10小时的强行军，行程可达600千米，这已超过了《水浒传》中神行太保戴宗日行800里的速度。
步行助行器一问世，便引起了美国军方的关注。假若用它装备部队，无疑会大大提高军队的机动灵活性以及适应复杂地况的能力。如果将它广泛用于民间，不但可以节约大量能源，还可以使现代交通工具带来的环境污染等问题得到解决。
但愿有一天，街头奔驰的不是汽车，而是一个个脚踏助行器的“神行太保”，那将是一幅多么有趣的场景啊！
原子飞机
2000年的一天，一架银白色的修长苗条的飞机，浴着朝霞起飞了。它发出低沉而不像往日那样吵人的声响，在地面滑跑不长的距离就腾空了。它很快就没入晴空，爬升到两万米以上的高空，载着几百名旅客，在这比较稀薄的大气层里，安详地以三四倍音速的速度飞行着。这是新一代超音速原子客机，在执行首航万里送客任务呢！
在此之前的超音速飞机，工作情况很不理想。它起飞和着陆时，发出震耳欲聋的巨响，吵得机场附近的人们不能很好地工作和休息，它的发动机像一个巨人，贪婪地大口喝油，一小时要吞掉成吨的燃料。它喷出的大量废气，还使空气受到污染。而且它的速度只有音速的两倍，装载的旅客也只有100多人。
新一代的超速客机不同了，它安装的是一种性能优良的原子航空发动机，利用原子燃料所产生的原子能来工作。它比化学燃料——航空煤油或汽油所含的热量要大得多，相当于化学燃料的200万倍，也就是1公斤原子燃料铀235，在理论上所释放出的热能，大约等于200万公斤化学燃料。因此，原子航空发动机消耗的燃料非常少，与喷气发动机的巨大消耗量无法相比。原子飞机只要带很少很少（如半公斤）的原子燃料，就可不落地加油，一口气飞行好几万千米。一般的喷气飞机是无法做到这一点的。
原子飞机由于燃料耗量小、航程长、速度快，在军事上还可做巨型高速运输机、战略运程轰炸机或巡逻机，在保卫祖国的领空中像一个“大力士”似的起着独特的作用呢。
垂直起落的客机
无论超音速客机、原子飞机还是其他什么飞机，都有一个共同的缺点，它们的起飞和着陆都比较困难。起飞需要在地面滑跑很长一段距离，有时需要1000～2000米才能艰难地离地，然后开始爬升，逐渐增加高度，向预定目标飞行。着陆时先要贴地平飞，慢慢减速，机轮碰地后，还得在跑道上滑跑很长一段路程，才能慢慢刹住前进的机轮。这就必须花很多钱，建筑很长的水泥跑道，占去很多耕地，很不经济。而且这样大的机场，不能放在城市中心，必须离城市很远。在去机场乘飞机旅行之前，先得乘汽车从城市到机场花几十分钟的时间，很不合算。假如是战时，机场受到破坏，所有的飞机不能起落就全无用了。
因此，就有必要造一种能垂直起落的飞机。这种飞机能像直升机那样地直上直下，甚至悬停在空中不动，它的起落不需要很大的机场和很长的跑道；但它又比直升机飞得快得多，甚至能以超音速飞行。这种垂直起落飞机早在1969年，已做成强击机或侦察机，在部队中使用了。可是具有实用价值，既安全又经济的民用垂直起落飞机，却需要人们经过一段时间的努力才能实现。
多年以后，天空将飞翔着这种经济而安全的民用垂直起落飞机，给人带来极大的方便。你要从长春到广州去旅行吗？不必花很多时间乘车到郊区机场去乘飞机。只要乘几分钟的电车到市中心，就可乘上垂直起落客机了。它在矗立如林的大楼中间的一小块场地上，便捷地垂直离开地面，然后再飞往广州，用不了多久就把你送到目的地，在市中心的场地上徐徐着陆了。
不久的将来，如果你想到郊区去野游或访问亲友，你还可自己驾驶单人飞行器。这种飞行器可能有各种各样的型式：有的像蜻蜓；有的像蝴蝶；有的不带翅膀，只在人的头顶上挥舞着一副不太长的桨叶；有的像只背包，背在人的背上，喷气发动机的喷口向下喷气，人便垂直起飞。喷口转向后，人就向前进。单人飞行器驾驶起来很简单，像骑自行车那样容易，也很安全。用的燃料不多，很经济。从家门口就可立即起飞，在天空中平稳地飞行，它轻盈地在天空中飞着飞着，很快就来到预定的地点，这该多么方便啊！
微波飞机
说神奇，也不算奇，飞机不需燃料，这是有它的科学道理。
1987年9月的一天，在加拿大渥太华郊外的一片草地上，飞起了一架貌不惊人的飞机，但它却牵动着一个20年来的科学幻想：发明一种不携带巨大油箱和大量燃油而能在空中长时间飞行的飞机。这是一次实验飞机的试飞，飞机无人驾驶，翼展15英尺，它不带燃料，而是由地面发射的微波来向飞机的发动机提供能量。从理论上说，它能够不着陆连续飞行几天、几星期、甚至几个月，但是为了谨慎起见，处女飞机试飞时，科学家只让它以约每小时20英里的时速，在几百英尺的高度上，作了短暂的飞行。
很早以前，科学家们就用接力的办法长距离传输微波，再把微波转换成电能。多年来科学家们终于发明了把微波束发射向空间的方法。加拿大通讯研究中心掌握了此方法，并设想用一架长期盘旋空中的无人驾驶飞机来代替通讯卫星，把无线电信号和电视信号转播到边远地区，其结果就出现了上述的实验飞机。
飞机的微波束地面发射器大概只有公用电话亭那么大，微波能由一个盘状天线发射到空中，微波接收器安装在飞机机翼和腹部，只要飞机在微波束范围内飞行，微波接收器就能源源不断地将微波能转换成电能来驱动飞机。这架实验飞机所需能量仅相当于微波炉加热食品所需的量。加拿大研究人员计划研制出更庞大的实用飞机，它翼展为110英尺，可在直径几百英尺（高度13英里）的微波场上空盘旋飞行几个月。
美国亦在加紧研制开发微波飞机。洛克希德的工程师已设计了一架翼展为150英尺，能携带600磅科学仪器的微波飞机，要求它飞到7万英尺高的大气层边缘，以便通过测定该处的二氧化碳浓度以研究温室效应。洛克希德的科学家还发现了微波飞机可以负担普通飞机不能担任的工作，例如可装备高分辨率的照相机，飞行在比高山高、比卫星轨道低的“半空”中，用来侦察海边的走私者和非法渔船；或在一个州大小的范围内观察农作物生长情况，或监视森林火灾等。
从理论上讲，微波飞机也可作为客机。但由于客机的航线距离较长，因此需要每隔100英里左右就要有一个地面发射站，即使是这样，微波飞机所耗的费用也要比普通飞机便宜得多。
科学家们还试图用微波来驱动火箭，在当今的火箭重量中，燃料占了绝大部分，因此据专家计算，微波驱动火箭可使发射卫星的成本下降95％，当然这将需要很强的地面微波发送器。
微波驱动技术大有可为，好处颇多，几年以后将进入实用阶段，那时，几十年的幻想将成为现实。
语音控制飞机
只要用脑想一想——“开门”，门就自己开了，或者说一声“开门”门便自动打开，就好像《一千零一夜》故事所描述的一样，叫声“芝麻开门”，藏宝洞窟的大门便自动打开。可将来只靠想想或说说门就打开的事不是天方夜谭，而且也不算什么了不起的事，因为未来的飞机都可以用口令控制，一个门又有何难！
将来，飞行员开飞机，不需要手去操纵，只要喊声“起飞，向左，向右……”飞机就能听从口令起飞和航行。这种飞机叫语音控制飞机。
语音控制飞机有两个主要部件：一个是能“听懂”人讲话的装置。将人的语言变成飞机能“听懂”的信号，叫“语言识别系统”；另一个是机载电脑。它能根据预先编制的飞行程序，按计划飞行，并能对语言进行处理和分析，使飞机按飞行员的讲话来飞行或降落。
语言识别系统是机械电脑控制系统的一部分。使用时，飞行员将口令输入语言识别系统，系统就会按一定的时间间隔对口令每个词的声音高低进行分析，便可得到一个对应的“声纹”图像，叫声型图。把这个口令的声型输入机载电脑，与预告存贮的标准声型作比较。如果声型的“特征”相同，计算机则发出相应的指令去指导飞机的各个系统工作。
机载电脑能够按照飞行员的口令和飞行条件，作出最佳的飞行选择。一切计算，包括油门调定、航向和下降指令，都由电脑进行。电脑还能在每个动作完成后，将指令的执行情况，以及飞行过程中发动机的耗油量，前方出现恶劣的天气。或者还有多久飞机会遇到恶劣天气等，用计算机合成语言向飞行员报告。
现在，各个国家都在研究飞机的语音控制新技术。国外已经投入实验运行的系统，可以识别四国语言，有的则可识别1000个左右的词汇。为了防止飞行员以外的声音干扰，还使用一种叫做“动态编程的技术”。如法国的“幻影2000”飞机，可识别200个单词，使用先进的计算机软件和“动态编程”技术，使系统的正确识别率达到95％以上。
语音控制飞机技术一旦成熟，制造出可实际应用的飞机，驾驶员将减少很多操作程序，飞机操作也简便多了。正所谓越是尖端的科技产品操作起来越是简单。
空天飞机
人类为了实现飞行的理想，曾经历了一段艰难曲折的道路。1903年莱特兄弟发明的动力飞行器在空中飞翔，意味着人类能离开地球进入空间；1957年人造卫星发射成功后，人类开辟了宇宙航行的新纪元。因此，近一个世纪以来，飞机在地球大气层内航行，而航天器则在大气层外的宇宙空间航行，两者都取得了惊人的成就，迎来了标志着人类社会文明高度发展的航空航天时代。
随着世界科学技术革命的发展，新技术、新思想和新方法的应用，航空航天技术又将出现一个更大的飞跃。人们一直在思考能否将航空航天的优势互补，形成一种低成本进入太空的运输工具。它既能从机场跑道起飞，又能以高超音速穿越大气层进入宇宙空间，完成航天任务后再入大气层，在机场水平着陆，而经过简单的维修后，短期间又能重上蓝天，重复使用数十次乃至几百次。这类既具有高超音速运输机功能，又具有天地往返运输系统功能的重复使用有翼飞行器，被称之为航空航天飞机，简称为空天飞机。
早在20世纪30—40年代，空天飞机的设想就已产生。50年代我国著名科学家钱学森教授曾提出航天技术和航空技术相结合的思想，发展空天飞机，并提出了双级和单级入轨运载飞机的发展方向。美国于60年代初提出过水平起飞、进入地球轨道并返回地球水平降落的新型飞机的计划。但是，由于受当时科学技术水平的限制，这种新型的既能航空又能航天的飞机，就此搁浅。进入80年代，由于在超音速燃烧冲压喷气发动机、耐高温热结构材料和巨型计算机等高新技术上有所突破与进展，加上航天飞机的发射成功，人们对于空天飞机的实现寄予了更大的希望。
作为一种新型运输工具，空天飞机具有一般飞机和航天器所没有的优越性。当它在大气层内飞行时，就像一架高超音速飞机，能在1小时内由欧洲飞抵澳大利亚，在2小时内从美国华盛顿飞到日本东京，可见其速度之快。当它执行航天任务时，能把数吨重的有效载荷送至近地轨道，然后返回地面。据估计，每次发射费将低到只有目前运载火箭和航天飞机发射费的1／5～1／10。空天飞机与宇宙飞船和航天飞机相比，在重复使用性、机场水平起降能力、大气能源的利用效率以及灵活机动性、可维修性等方面均有大幅度的改造与提高。
为了寻求经济的、有效的往返于天地之间的运输系统，以取代昂贵的运载火箭和航天飞机。美国、英国、德国、日本、俄罗斯等国家都纷纷提出了各自研制空天飞机的计划。美国已基本确定继航天飞机之后的空间运输系统为空天飞机，这种飞机方案是一种单级入轨的空天飞机。
设想的样机可乘2人，运载能力为1114千克，内装8～12台发动机，每台长3～4．57米，宽0．9米，推力为13．23千牛。模拟空天飞机在3万米高度，以5～10倍音速连续飞行，被试验的样机将在普通机场起飞和着陆，并确定每次飞行的快速检修周期。样机试验很成功，便有可能开始研制全尺寸空天飞机。
英国的霍托尔空天飞机，是一种水平起飞、水平着陆、单级入轨无人驾驶飞机，外形与超音速喷气客机相似，头部细长，呈锥形，头锥部上端置有垂直翼面。机身腹部为粗大的长筒形结构，机身长62米，最大直径5．7米。货舱位于机身的中部，最大直径4．6米，水平机翼安装在机身后部，机翼宽度为19．7米，起飞重量230吨，能将7～11吨重的有效载荷送入太空。
德国的桑格尔空天飞机是一种两级式天地往返运输系统，可重复使用。第一级是一架大型高超音速飞机，使用的是吸气式发动机，起飞重量为300吨。第二级是一架小型航天飞机，其上使用的是火箭发动机。第一级驮着第二级从普通机场起飞，当到达35千米高度、速度达到6倍音速时，第二级氢氧发动机开始点火，并且与第一级分离，继续加速飞行，直至进入环绕地球运行的轨道。桑格尔空天飞机，无论是第一级或是第二级，在完成它们各自的使命之后都可以返回机场，经过维修后重复使用。
日本由于经济实力雄厚，对空间领域表现出极大的兴趣，虽说起步较晚，但奋起直追，亦制定了空天飞机的研究与发展计划。所设想的是一种单级入轨、水平起飞和着陆，能重复使用的空天飞机。
而俄罗斯则提出了国际重复使用的空天运输系统。它是一种灵活性很大、具有多种功能的两级入轨方案。可用于紧急救援、空间物资供应以及提供生态问题研究等。其运输范围极广，可搭载的有效载荷为1～18吨。这一方案的核心部分是使用安-225重型机载，第一级的起飞重量为620吨，分离高度为10千米。第二级带外挂油箱为275吨，可负载6．6吨，倾角90°，进入高度为400千米低地球轨道。
空天飞机不仅可作为天地间往返的交通工具，而且具有潜在的军用价值。也就是说，它有着广泛的军事用途，既有洲际弹道导弹快速反应能力，又有轰炸机的机动性和可靠性。不仅能在大气层内飞行，还能在太空轨道上变轨运行，因而对方很难对它瞄准和击落，所以它很适合用来作为战略侦察机、轰炸机和远程截击机。
空天飞机是人类一直向往的运输工具，但是，空天飞机在前进的道路上，存在着技术难度大、研制费用高的难点，各国普遍认为，空天飞机的研制必须加强国际合作与交流，避免重复研究，以便降低空天飞机研究开发的整体成本。由于美国、英国、德国、日本、俄罗斯在这方面已进行了大量的工作，使该领域变得异常活跃，成为当前科学技术的前沿，目前需要齐心协力克服的多种关键技术难题不外乎以下一些。
首先要研制推进系统。空天飞机的工作范围较宽，既可在大气层内、外飞行，又要从地面起飞，其速度从零开始经过音速、跨音速、超音速和高超音速，一直加速到25倍音速的入轨速度。因此，实现空天飞机的最大障碍，是研制能进行高速飞行的大功率吸气式发动机。为了利用空气中的氧，空天飞机必须使用航空用的吸气式发动机，吸取空气与燃料，经燃烧产生推力。但是，到了太空以后，立即采用可靠性高的火箭发动机，依靠自带燃料和氧化剂的火箭发动机来推进。为了减轻结构重量和提高性能，最好的方法是研制一种既有吸气式发动机、又有火箭发动机这样两种功能的复合式发动机，技术难度很大。目前提出的有液化空气循环发动机、超音速冲压发动机等多种方案。
其次是结构与材料问题。空天飞机的机体要能经受起飞、上升、空间飞行、再入大气层、着陆等不同阶段的各种环境考验，同时要求机体重量尽可能地轻。因此，对空天飞机的结构、防热及热控系统、发动机、燃料贮箱以及进气道等进行一体化设计。与此同时，为使结构重量轻、强度高、耐高温、长寿命、能多次重复使用，必须研制新型结构材料。
第三是制导与空气动力学问题。为确保空天飞机在不同状态下的每一阶段都能顺利地飞行，需要有制导控制系统。它包括有人驾驶的制导控制和无人驾驶的自动控制系统。因此，需要研究高度自动化和人工智能化的飞行控制系统。此外，空天飞机的设计离不开计算流体力学和空气动力学的支持，需要用巨型计算机精确计算高超音速流场，进行气动数值模拟，还要有研制速度大于7倍音速的微波风洞、高速风洞等大型设施。目前气动数值模拟设施，其巨型计算机能力达每秒10亿次，能计算整机绕流和发动机内流。
空天飞机是天地往返运输系统发展的重要方向，预计经过二三十年人类的共同开发，一定能攻克一个又一个难关。21世纪空天飞机的出现，将标志着人类航天事业发展的又一个新的里程碑。
空中机场
现有的飞机场都是建立在陆地上的，未来的飞机场将移到空中成为“空中机场”。它不同于现在的航空母舰，也不同于未来的航天母舰，这种不落地的空中机场是由若干个飞翼在空中对接形成的。
空中飞翼是一种无机身、无尾翼、仅有机翼的飞行器。它的结构简单，飞行阻力小，载重量大。最大载重量可达600～700吨，甚至上千吨。每个独立的飞翼可载旅客800～1000人。
从同一机场或不同机场起飞的若干飞翼，在特定的空域进行快速空中对接，连成一串，构成一个“大飞翼”。大飞翼按照人们预先选定的最佳航线，以最省燃料的飞行高度和速度在空中长期巡航。除了定期维修外，一般并不着陆。于是，就在空中形成一个会飞的基地——空中机场。
在空中机场航线上，沿线两侧地面机场上所需要运送的旅客和货物，将由专门的“驳运飞机”负责运到空中。驳运飞机可选用普通常规型飞机，它担任天上和地面之间的航运任务。驳运飞机到达空中与大飞翼对接，“降落”在空中机场。货物转运系统自动地把旅客和货物送入大飞翼，同时也给大飞翼带去燃料，维修器材以及换班的飞行人员。然后再把大飞翼上等待换乘飞机和旅客、货物、以及回地面休息的飞行人员分别带回到地面各个机场，由于旅客及货物都可以在飞行途中交换，无须到地面中转，因此大大减轻了地面机场的繁忙、拥挤及噪音污染，并且提高了空运的安全性。
这种空中机场的可行性已没什么问题，目前一些技术问题已列入在科学家研究的议程中。将来，大飞翼空中机场一定会巡航在半空中，在航运中发挥其独特的作用。
