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隔熱材料與結構
太空飛機需要多次進出大氣層，每次重返皆會與空氣劇烈摩擦而産生大量的氣動力熱，即衝壓溫度(Ram Temperature)。特別是以極音速重返大氣層時，衝壓溫度會使機體表面達到極高溫度。機首處溫度約爲攝氏1800℃，機翼及尾翼前緣溫度約爲1460℃，機身下方約爲980℃，機身上方約爲760℃。故須要有一套重量輕、性能好、能重覆使用的隔熱系統。
太空飛機在起飛爬升階段要承受發動機的衝擊力、震動、空氣動力等作用，在重返階段要經受顫動、起落架收放及觸地衝擊等作用。在這種嚴苛的情況下，隔熱系統既要保持良好的氣動力外型，又要能長期重覆使用、維護方便，故其技術具有相當高的難度。
NASA現在使用中的太空梭，因受氣動力熱效應的時間短，機體表面覆蓋的二氧化矽(Silica)隔熱瓷片即可達到滿意的耐絕效果，但對太空飛機則會不敷需求。若靠增加隔熱層厚度來解決問題，會使重量大幅增加，且隔熱層必須不能在重返過程中被氣動力熱燒毀，否則無法重覆使用。目前有個較簡單的解決方式，即在機首、機翼前緣等局部高溫區域，使用導熱效率特別高的熱量交換管來吸收機體表面熱量，以將熱量轉移到溫度較低的部位。另一方式是用主動式冷卻隔熱系統，即是將機體結構與隔熱系統整合，將機體結構設計為夾層式或管道式，讓低溫的推進劑在夾層內或管道內流動，如此推進劑便可吸收機體表面摩擦所產生的熱量。
爲滿足太空飛機的隔熱需求，美國已研發出高速固化鈦硼合金材料，此材料在高溫下的強度，可達到鈦合金在室溫下的強度，此種合金適合用來製造機身內部的結構框架(Frame)。此外目前正在研究以快速固化粉末冶金工藝方式，製造純度高、質量輕的耐高溫合金材料。機首與機翼等部位溫度最高，需用碳化矽纖維複合材料的隔熱層，此種複合材料表面有碳化矽塗層，重量輕且耐高溫性能佳。此外如以碳纖維強化的鈦複合材料等，此種材料兼具碳化矽的耐高溫性能，又具備鈦合金的高強度特性，目前尚需進一步的材料分析及研究。
向太空飛機的夢想邁進
耗資約2億5千萬美元的Hyper-X計畫已進行多年，由NASA旗下的德萊登飛行研究中心(Dryden Flight Research Center)與蘭利研究中心(Langley Research Center)聯合執行。Hyper-X計畫目前配置3架X-43A無人測試載具，與1架NASA所屬編號008的NB-52B型轟炸機，擔任X-43A運送與發射載台。
X-43A無人測試載具是全長3.65m(12ft)，翼展1.52m(5ft)，重997kg(2200lb)，最高飛行速率7〜10馬赫的楔型無人實驗飛機。波音公司負責設計X-43A機體，NASA這次選擇位於美國田納西州的微飛行器公司製造機身。X-43A使用的極音速衝壓噴射發動機、燃料系統及內部儀器，則由GASL公司以及田納西州的精準自動儀器公司(Accurate Automation)製造。
Hyper-X計畫使用的飛馬火箭載具，由美國維吉尼亞州的軌道科學公司(OSC，Orbital Science Corp.)負責製造，在Hyper-X計畫中稍做改良以配合用來載運X-43A。飛馬火箭採3節式設計，全長16.9m(含長1.83m，直徑1.17m的酬載整流罩時)，直徑1.27m，翼展6.7m，重達23130kg，總推力約97741.7kg(215480lb)，可將1枚重達453kg(1000lb)的微型衛星至低軌道，最大特色是具有三角翼。值得一提的是，OSC也是這次負責發射我國中華衛星2號(ROCSAT-2，簡稱華衛2號)資源探測衛星的主承包商。
目前飛機的高速飛行紀錄為3500km/h(馬赫3.2)，由美國空軍SR-71戰略偵察機於1963年11月寫下，而最快的商業客機是已停飛的協和號(Concorde)，飛行速度2100km/h(約馬赫2)。NASA的X-15實驗機曾在1967年10月3日創下馬赫6.7的記錄，但X-15是使用自身以液態氧(Liquid Oxygen)為推進劑的火箭發動機。
X-43A的首次試飛於2001年6月2日格林威治時間20:45展開，1號機在澳洲附近的太平洋上空7300m高度發射，並脫離NB-52B轟炸機的掛架，但做為X-43A助推器的飛馬火箭隨即偏離軌道失去控制。地面飛行管制人員立即下達指令，讓X-43A和飛馬火箭自行摧毀。
依據NASA設定的程序，做為X-43A助推器的飛馬火箭脫離NB-52B之後，火箭發動機就會點火起動，將X-43A推送到28500m高空。X-43A將在此高度啟動發動機，使用本身動力以馬赫7的速度飛行，飛行管制人員將同時監測並紀錄相關資料。但由於飛馬火箭偏離軌道，使得這項首次試飛任務失敗。
2004年3月27日2號機由NB-52B轟炸機搭載，從加州莫哈維沙漠西側的愛德華空軍基地(Edwards AFB)起飛，飛行至13752m(40000ft)的高度後，帶著X-43A的飛馬火箭脫離NB-52B轟炸機的掛架，整個試飛任務進入關鍵階段。
自由降落5秒鐘後，高度比NB-52轟炸機低100m，此時飛馬火箭第1節點燃，隨後陸續點燃第2節及第3節，在80秒內將X-43A推送至近34380m(100000ft)的高空，此時燃料燒完的飛馬火箭與X-43A脫離，接著X-43A啟動發動機，點燃發動機10秒鐘後，X-43A的飛行速度達到馬赫7。最後X-43A從34380m(10000ft)高空一路滑翔，並進行一連串飛行動作以減速，6分鐘後墜入南加州海岸外約720km處的太平洋，整個試飛過程約10分鐘。
在3月27日締造馬赫7的飛行記錄後，NASA預定於2004年秋季試飛3號機，以馬赫10為測試目標，若計畫順利，發展自X-43的新一代太空飛機將於2025年問世，繞地球飛行一周只要數小時。
改良型X-43B及X-43C已在研製中，數量與X-43A一樣為3架。改變幅度最大的X-43C全長約5.5m(16ft)，構型仍與X-43A相同，助推器仍是飛馬火箭。與X-43A不同的是X-43C使用JP-7航空燃油，因為美國空軍不打算在Hyper-X計畫上另研發新的燃油供應系統。飛馬火箭將X-43C加速到5馬赫。X-43C脫離飛馬火箭後，靠自身動力加速到7馬赫，之後以此速度巡航。預計2008年進行X-43C首次試飛。
太空飛機需要多次進出大氣層，每次重返皆會與空氣劇烈摩擦而産生大量的氣動力熱，即衝壓溫度(Ram Temperature)。特別是以極音速重返大氣層時，衝壓溫度會使機體表面達到極高溫度。機首處溫度約爲攝氏1800℃，機翼及尾翼前緣溫度約爲1460℃，機身下方約爲980℃，機身上方約爲760℃。故須要有一套重量輕、性能好、能重覆使用的隔熱系統。
太空飛機在起飛爬升階段要承受發動機的衝擊力、震動、空氣動力等作用，在重返階段要經受顫動、起落架收放及觸地衝擊等作用。在這種嚴苛的情況下，隔熱系統既要保持良好的氣動力外型，又要能長期重覆使用、維護方便，故其技術具有相當高的難度。
NASA現在使用中的太空梭，因受氣動力熱效應的時間短，機體表面覆蓋的二氧化矽(Silica)隔熱瓷片即可達到滿意的耐絕效果，但對太空飛機則會不敷需求。若靠增加隔熱層厚度來解決問題，會使重量大幅增加，且隔熱層必須不能在重返過程中被氣動力熱燒毀，否則無法重覆使用。目前有個較簡單的解決方式，即在機首、機翼前緣等局部高溫區域，使用導熱效率特別高的熱量交換管來吸收機體表面熱量，以將熱量轉移到溫度較低的部位。另一方式是用主動式冷卻隔熱系統，即是將機體結構與隔熱系統整合，將機體結構設計為夾層式或管道式，讓低溫的推進劑在夾層內或管道內流動，如此推進劑便可吸收機體表面摩擦所產生的熱量。
爲滿足太空飛機的隔熱需求，美國已研發出高速固化鈦硼合金材料，此材料在高溫下的強度，可達到鈦合金在室溫下的強度，此種合金適合用來製造機身內部的結構框架(Frame)。此外目前正在研究以快速固化粉末冶金工藝方式，製造純度高、質量輕的耐高溫合金材料。機首與機翼等部位溫度最高，需用碳化矽纖維複合材料的隔熱層，此種複合材料表面有碳化矽塗層，重量輕且耐高溫性能佳。此外如以碳纖維強化的鈦複合材料等，此種材料兼具碳化矽的耐高溫性能，又具備鈦合金的高強度特性，目前尚需進一步的材料分析及研究。
向太空飛機的夢想邁進
耗資約2億5千萬美元的Hyper-X計畫已進行多年，由NASA旗下的德萊登飛行研究中心(Dryden Flight Research Center)與蘭利研究中心(Langley Research Center)聯合執行。Hyper-X計畫目前配置3架X-43A無人測試載具，與1架NASA所屬編號008的NB-52B型轟炸機，擔任X-43A運送與發射載台。
X-43A無人測試載具是全長3.65m(12ft)，翼展1.52m(5ft)，重997kg(2200lb)，最高飛行速率7〜10馬赫的楔型無人實驗飛機。波音公司負責設計X-43A機體，NASA這次選擇位於美國田納西州的微飛行器公司製造機身。X-43A使用的極音速衝壓噴射發動機、燃料系統及內部儀器，則由GASL公司以及田納西州的精準自動儀器公司(Accurate Automation)製造。
Hyper-X計畫使用的飛馬火箭載具，由美國維吉尼亞州的軌道科學公司(OSC，Orbital Science Corp.)負責製造，在Hyper-X計畫中稍做改良以配合用來載運X-43A。飛馬火箭採3節式設計，全長16.9m(含長1.83m，直徑1.17m的酬載整流罩時)，直徑1.27m，翼展6.7m，重達23130kg，總推力約97741.7kg(215480lb)，可將1枚重達453kg(1000lb)的微型衛星至低軌道，最大特色是具有三角翼。值得一提的是，OSC也是這次負責發射我國中華衛星2號(ROCSAT-2，簡稱華衛2號)資源探測衛星的主承包商。
目前飛機的高速飛行紀錄為3500km/h(馬赫3.2)，由美國空軍SR-71戰略偵察機於1963年11月寫下，而最快的商業客機是已停飛的協和號(Concorde)，飛行速度2100km/h(約馬赫2)。NASA的X-15實驗機曾在1967年10月3日創下馬赫6.7的記錄，但X-15是使用自身以液態氧(Liquid Oxygen)為推進劑的火箭發動機。
X-43A的首次試飛於2001年6月2日格林威治時間20:45展開，1號機在澳洲附近的太平洋上空7300m高度發射，並脫離NB-52B轟炸機的掛架，但做為X-43A助推器的飛馬火箭隨即偏離軌道失去控制。地面飛行管制人員立即下達指令，讓X-43A和飛馬火箭自行摧毀。
依據NASA設定的程序，做為X-43A助推器的飛馬火箭脫離NB-52B之後，火箭發動機就會點火起動，將X-43A推送到28500m高空。X-43A將在此高度啟動發動機，使用本身動力以馬赫7的速度飛行，飛行管制人員將同時監測並紀錄相關資料。但由於飛馬火箭偏離軌道，使得這項首次試飛任務失敗。
2004年3月27日2號機由NB-52B轟炸機搭載，從加州莫哈維沙漠西側的愛德華空軍基地(Edwards AFB)起飛，飛行至13752m(40000ft)的高度後，帶著X-43A的飛馬火箭脫離NB-52B轟炸機的掛架，整個試飛任務進入關鍵階段。
自由降落5秒鐘後，高度比NB-52轟炸機低100m，此時飛馬火箭第1節點燃，隨後陸續點燃第2節及第3節，在80秒內將X-43A推送至近34380m(100000ft)的高空，此時燃料燒完的飛馬火箭與X-43A脫離，接著X-43A啟動發動機，點燃發動機10秒鐘後，X-43A的飛行速度達到馬赫7。最後X-43A從34380m(10000ft)高空一路滑翔，並進行一連串飛行動作以減速，6分鐘後墜入南加州海岸外約720km處的太平洋，整個試飛過程約10分鐘。
在3月27日締造馬赫7的飛行記錄後，NASA預定於2004年秋季試飛3號機，以馬赫10為測試目標，若計畫順利，發展自X-43的新一代太空飛機將於2025年問世，繞地球飛行一周只要數小時。
改良型X-43B及X-43C已在研製中，數量與X-43A一樣為3架。改變幅度最大的X-43C全長約5.5m(16ft)，構型仍與X-43A相同，助推器仍是飛馬火箭。與X-43A不同的是X-43C使用JP-7航空燃油，因為美國空軍不打算在Hyper-X計畫上另研發新的燃油供應系統。飛馬火箭將X-43C加速到5馬赫。X-43C脫離飛馬火箭後，靠自身動力加速到7馬赫，之後以此速度巡航。預計2008年進行X-43C首次試飛。
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