美国的航天飞机计划在一定程度可以说是早年间一系列X试验项目的产物，这些X项目为美国为太空竞赛而实施的，其中包括X-15火箭飞机、X-20太空滑翔机（Dyna-Soar），以及一系列被称为升力体的无翼飞行器。
X-15
第二次世界大战期间，一些国家进行了火箭动力飞机的试验，其中德国人走在最前面，把梅塞施密特Me 163投入实战。事实证明，虽然Me 163成为了战争期间天空中速度最快的物体，但是该机在实战中却遭遇了令人沮丧的失败。Me 163的续航时间太短，对飞行员过于危险，自身的损失远超战果。在当时来说，火箭战斗机根本就不是一个好主意。
战争结束后，美国制造了一系列的火箭动力试验机，其中以贝尔X-1打头，这也是第一种在平飞突破音障的飞机。接下来是X-1的改进型X-1A，然后是X-2，不过这些试验机都是为在探索高速飞行领域而制造的，并不是空间飞行器，之后的X研究机也大多是喷气动力飞机。1952年贝尔的德裔科学家沃尔特•多恩贝格尔建议发展一种性能更强的火箭飞机，以探索超高音速飞行领域，并能在大气层之上做短暂飞行。这位多恩贝格尔曾在战争期间指挥研制了V-2远程飞弹。1954年他的建议演变成了美国空军、海军和美国国家航空咨询委员会（NACA）合作实施的X-15计划。
贝尔X-1是第一种在平飞突破音障的飞机
X-2改成了后掠翼布局，性能进一步提高
前纳粹军官沃尔特•多恩贝格尔
1955年12月，北美公司赢得X-15合同，北美首席工程师哈里森•斯托姆斯开始领导研制工作。他们设计出一个具有极短机翼的大飞镖，由B-52搭载在高空发射。火箭飞机长15.5米，翼展6.7米，发射重量17240千克。
X-15在研制时有两种方案：三角翼和常规布局，最后选择了常规布局
X-15安装一台反应发动机公司制造的XLR-99-RM2（聚硫橡胶）火箭发动机，推力253千牛（25850千克）。因为火箭飞机的飞行高度是如此之高，所以飞行员需要穿类似太空服的全套增压服。在这种高度上，X-15的飞行翼面不再有效，所以该机装有一组被称为“反应推进器”的过氧化氢小火箭来控制姿态。X-15共有12个反应推进器、机翼上4个，机鼻上8个。这架火箭飞机主要使用钛合金制造，要承受气动摩擦加热的机翼前缘和鼻锥使用名为“因科内尔-X”的材料制造，这是一种铬镍铁特殊耐热合金。X-15的前起落架为传统的双轮结构，后机身两侧有一副可收放滑撬。X-15尾巴下方还有一个腹鳍，在降落前下方的一半腹鳍要被抛掉以提供足够的离地间隙。
XLR-99-RM2火箭发动机
X-15结构图
X-15的前起落架为传统的双轮结构，后机身两侧有一副可收放滑撬
在发射时B-52轰炸机需要挂载着X-15从加州爱德华兹空军基地起飞，然后飞到犹他州的发射点发射
发射后直线爬升的X-15
在发射时B-52轰炸机需要挂载着X-15从加州爱德华兹空军基地起飞，然后飞到犹他州的发射点发射。X-15飞越大约800公里长的走廊降落在爱德华兹的干湖床上，在这个走廊内也间隔分布着其他的干湖，可作为紧急着陆点。
X-15基本上就是一个航天器，事实上美国在为把人类送入太空而努力的日子里就把该机视为一种潜在的载人轨道器，增强耐热性能并安装在运载火箭顶部发射。但这个概念最后没被采纳，因为NASA计划使用X-15来测试超音速燃烧冲压发动机（超燃冲压发动机），或作为一个三角翼载具把小型有效载荷送入轨道。1959年6月8日X-15进行了首次试飞，斯科特•克罗斯菲尔德驾驶该机进行了无动力滑翔测试。到1968年项目结束前，X-15还将进行198架次更多的试飞。
事实上美国在为把人类送入太空而努力的日子里就把该机视为一种潜在的载人轨道器，增强耐热性能并安装在运载火箭顶部发射
一架X-15A-1在着陆时出了事故导致机身折断，幸好飞行员毫发无损
这架飞机被重建为X-15A-2，增加了大型外部油箱以延长发动机的工作时间，向更高的速度和高度冲刺
迈克尔•亚当斯少校
宇航员之翼徽章
北美公制造了三架X-15A-1火箭飞机，飞到了6.7马赫（7280千米/时）的最大速度和108千米的最大高度。有8名驾驶X-15飞到76千米高空之上的飞行员获得了宇航员之翼徽章。一架X-15A-1在着陆时出了事故导致机身折断，幸好飞行员毫发无损。这架飞机被重建为X-15A-2，增加了大型外部油箱以延长发动机的工作时间，向更高的速度和高度冲刺。但是X-15在1967年11月15日的最后一次任务中发生了重大事故，飞机在高空解体，飞行员迈克尔•亚当斯少校遇难。现在俄亥俄州代顿的美国空军博物馆保存着一架幸存的X-15，另一架保存在华盛顿特区的史密森博物馆。
史密森学会国家航空航天博物馆中的X-15
美国空军与太空滑翔机
X-15项目为美国的未来航天努力提供了宝贵的研究数据，对一些空军官员来说，这也是向美国空军“太空飞机”计划迈出的第一步。
美国空军一直在考虑要把人送入轨道，但他们的载人航天努力在1958年被新成立的美国国家航空和航天局（NASA，NACA是航天局的核心）挤到靠边站，NASA被赋予了把美国第一位宇航员送入太空的光荣使命。不过美国空军并没有放弃载人航天飞行计划，跟随德国科学家欧根•桑格尔在战争期间提出的火箭动力“对跖地轰炸机”（即“银鸟”空天轰炸机，能打击地球另一侧的任何目标）。沃尔特•多恩贝格尔还向美国空军提出了轰炸-导弹（BOMI）概念，最终演进为火箭轰炸机（ROBO）概念。1955年，美国空军的研究建议以X-15为基础发展ROBO，并提出一种“铜铃”太空侦察机，以及一种高超声速武器研发支持系统（HYWARDS）的研究机。
德国科学家欧根•桑格尔在战争期间提出的火箭动力“对跖地轰炸机”（即“银鸟”空天轰炸机，能打击地球另一侧的任何目标）
贝尔的BOMI概念，使用高超音速母机把子机送入太空，子机在大气层边缘弹跳，可投下弹药对地球上任何一处的目标发起攻击，然后再返回基地
ROBO概念就是把BOMI的载机改为了运载火箭，降低技术难度。上图从左到右分别是BOMI、RABO、以及更加细化的“动力滑翔机”概念
这些研究演变为一种性能更为强大的航天器，1957年4月30日美国空军颁布了武器系统464L招标书。1958年6月波音公司被授予WS-464L合同，项目命名为“动力滑翔机”（Dynamic Soaring），缩写“Dyna-Soar”。马丁公司负责修改“泰坦”洲际弹道导弹来发射该机。
动力滑翔机将被作为太空轰炸机、侦察机、卫星检测机和太空拦截机的基础，被定义成一种可重复使用的有翼航天飞机，可以无人飞行，也可以乘坐一名乘员至少飞行到大气层边缘，然后滑翔返回地球降落在跑道上。不过该机的其他细节定义模糊，现在看来，载人和无人版，至少在最初阶段是不同的平台，无人机的尺寸要小一些。以前有资料说动力滑翔机是通过火箭助推器进入太空的，现在看来该机只能安装在“泰坦II”运载火箭的顶部才能进入地球轨道。
一些美国空军高级官员对该计划存在疑虑。1960年动力滑翔机计划被缩减至亚轨道研究领域，但是随着美国国会对太空越来越该兴趣，计划的规模又被恢复。这个问题一直在反复，没有人能真正说清楚动力滑翔机应该执行的任务，间谍卫星可以执行太空侦察任务、洲际弹道导弹可以执行打击任务、在原则上无人系统也能对卫星进行检查和拦截，NASA独揽了载人航天飞行任务，所以美国空军根本就没有把人送入太空的必要。
1962年2月23日，美国国防部长罗伯特•麦克纳马拉下令把动力滑翔机缩减成一个实验系统，1962年6月26日该机被赋予X-20的验证机编号。研制继续，最后波音制造了一架全尺寸模型。最终该机将由新的大推力“泰坦III”运载火箭送入轨道，该火箭是“泰坦II”的改进型，增加了两个大型固体火箭推进器。
“动力滑翔机”早期概念，由复杂的捆绑运载火箭送入太空
航天器的外形充满了棱角，有后来F-117隐身战斗机的风格
“动力滑翔机”由“泰坦II”运载火箭发射升空的想象图
X-20想象图，最终该机将由新的大推力“泰坦III”运载火箭送入轨道，该火箭是“泰坦II”的改进型，增加了两个大型固体火箭推进器
X-20的最终外形为坐在三角翼上方的四方机身，每侧翼尖具有大型小翼。该机主要采用镍合金制造，机腹覆盖有钼片，鼻锥用石墨制造并用锆增强。该机具有一套推进器姿态控制系统，安装一台马丁中间级火箭发动机，采用可存储推进剂，推力320千牛（32650千克）。X-20依靠可收放前三点式滑撬降落，该机长10.77米，空重4715千克。
动力滑翔机计划选择了6名飞行员，其中就有日后第一位踏上月球的人——尼尔•阿姆斯特朗。但是该计划最后没有生存下来，1963年12月10日麦克纳马拉宣布取消动力滑翔机计划，好在“泰坦III”幸存下来，成为美国空军的重要运载火箭。
X-20全尺寸模型
X-20和“泰坦III”运载火箭组合体
安装在X-20尾部的货舱和变轨级火箭发动机
完成任务后再入大气层
X-20内部布置
形形色色的升力体
美国在在20世纪60年代对太空探索有着相当大的热情，NASA研究了广泛的航天技术，其中就有一种被称为升力体的无翼航天器，可以从轨道滑翔归来，再入大气层后凭借机身的升力进行纵向和横向机动，从而准确地降落在跑道上。
显然大多数传统的飞机布局不再适用，因为无法承受再入大气层的压力。于是已经为弹道导弹和宇宙飞船设计的再入载具成为了合乎逻辑的研究起点。根据这个研究方向，在20世纪60年代初，NASA艾姆斯中心的阿尔弗雷德•艾格斯博士设计出M1可控再入载具，然后是改进的M2，看上去就像一个被削去上半部分的钝头锥体。
NASA艾姆斯中心的阿尔弗雷德•艾格斯博士
NASA的M2-F1、M1、以及一种圆形升力体方案
艾格斯博士和同事们在讨论M2升力体的最终外形
NASA德莱顿中心一位名叫罗伯特•D•“戴尔”•里德的工程师制造了一架60公分长的无线电遥控M2模型，用另一架遥控飞机挂载升空后释放，结果M2模型滑翔起来非常稳定
分析表明M2能在再入时做机动，但在低速时确像一块石头那样坠落。艾格斯和他的同事改进了设计，机尾收细并增加了两个尾翼进行控制，顺带增加了座舱，可让人驾驶这个东西。最后M2看起来就像一个长了尾翼的三角形浴缸。
艾格斯博士的M2-F1小型验证机
毫不意外的是人们仍然怀疑M2的气动设计到底能不能飞，为此NASA德莱顿中心一位名叫罗伯特•D•“戴尔”•里德的工程师制造了一架60公分长的无线电遥控M2模型，用另一架遥控飞机挂载升空后释放，结果M2模型滑翔起来非常稳定。里德凭借模型成功游说NASA同意先制造一架M2-F1小型验证机。
M2-F1的整个制造过程走了极简主义的极端，并或多或少进行了秘密，经费从设施维护预算中挤出来，大部分工作都是志愿者完成的。一开始，M2-F1在NASA总部的报告中被形容为一个“全尺寸风洞试验模型。”显然，那时官僚主义在德莱顿还没有盛行。
完工后的M2-F1是一架低技术含量、钢制框架胶合板机身、固定起落架的升力体飞机。内部安装的固体燃料火箭并不是帮助该机起飞，而是用于降落。由于升力体的滑翔比不高，所以飞行员可以通过火箭发动机来减缓下滑角度，让降落更加顺畅。M2-F1最初的试飞都是用拖车拖曳升空的，由于M2-F1相对于汽车来说相当沉重，所以在时速超过160千米时才会升空。拖车是一辆改装了大马力发动机的庞蒂亚克敞篷车，能成功放飞M2-F1。在1963年8月16日M2-F1首次由飞机拖曳升空前，庞蒂亚克完成了约90次地面拖曳试飞，当天M2-F1被一架R4D运输机（道格拉斯DC-3海军型）拖曳升空。
一开始，M2-F1在NASA总部的报告中被形容为一个“全尺寸风洞试验模型。”
拖车是一辆改装了大马力发动机的庞蒂亚克敞篷车，能成功放飞M2-F1
1963年8月16日，M2-F1被一架R4D运输机（道格拉斯DC-3海军型）拖曳升空
升力体的表现出奇地好，但需要飞行员胆大心细。首先该机的滑翔比，也就是飞行的距离和下降的高度之比预期的要低，大约只有2.8，而小型飞机的滑翔比一般为10，滑翔机的滑翔比一般为60。其次升力体有绕横滚和偏航轴摆动的趋势，至少有两次M2-F1在拖曳时翻转成肚皮朝天的姿势，好在两次飞行员都释放拖缆后安全恢复姿态。
百花齐放的升力体项目
M2-F1在退役并被史密森学会航天博物馆保存前公进行了约77次空中拖曳飞行和200次地面拖曳飞行。尽管还存在种种缺点，但M2-F1证明了升力体概念的可行性，所以NASA同意制造全尺寸的M2-F2。事实上此时NASA对升力体的概念的热情高涨，总部又授权制造NASA兰利研究中心设计的第二种升力体原型机——HL-10。
实际上兰利一直和艾姆斯中心平行研究升力体概念，不过他们并不是以弹道再入载具为研究起点，而是想设计出一种能高速滑翔再入的三角翼飞行器。他们的解决方案和艾姆斯的M2有许多相似之处，但更加流线。
ASSET测试机由麦克唐纳公司制造，1963到1965年间有6架测试机被架在“托尔”助推器上发射升空
ASSET测试机再入大气层时可以进行横向机动，但并不能胜任在大气层内的低速飞行，需要打开降落伞溅落在海洋中
SV-5D具有真正的升力体设计，和NASA兰利中心的设计大体相似
无独有偶，美国空军此时也在研究升力体，当时美国航天技术研究的活跃程度可见一斑。在动力滑翔机计划夭折后，美国空军也开始沿着艾格斯博士最初的设想，琢磨起升力体再入载具，这就是“气动热力弹性结构系统环境试验”（ASSET）计划。ASSET测试机由麦克唐纳公司制造，1963到1965年间有6架测试机被架在“托尔”助推器上发射升空。虽然ASSET测试机再入大气层时可以进行横向机动，但并不能胜任在大气层内的低速飞行，需要打开降落伞溅落在海洋中。
ASSET计划的成功导致美国空军开始了一个更复杂“航天器技术和先进再入测试”（START）计划。马丁公司为START设计了SV-5升力体，其设计基于该公司竞标动力滑翔机计划失败的方案。SV-5具有真正的升力体设计，和NASA兰利中心的设计大体相似。
START计划分两阶段进行，首先是“包括机动再入的精准恢复”（PRIME）阶段，参加实验的是SV-5D。1966到1967年间3架SV-5D由“阿特拉斯”助推器发射升空。本来还计划发射第4架，不过前三架SV-5D的测试都非常顺利，所以这次测试被认为是多余的。于是空军开始了第二阶段测试，准备发射SV-5P，其编号中的“P”表示“有人驾驶”之意，很快该机的编号就改为X-24A，代表空军参加升力体竞争。
NASA的M2-F2和HL-10由诺斯罗普公司制造，美国空军的X-24A由马丁制造，这些升力体都安装了大推力火箭发动机以进行高速飞行试验，并在研制中尽量节约成本，例如安装了从博物馆回收的二手XLR-11火箭发动机。
1965年6月M2-F2下线，1966年7月进行第一次滑翔飞行。所有3架升力体都在爱德华兹空军基地加进行评估试飞。M2-F2的总体结构和M2-F1相似，当然尺寸更大，该机全由金属制成，并有可收放起落架。但M2-F2也继承了M2-F1的许多操纵特性，结果导致了严重的麻烦。
M2-F2的总体结构和M2-F1相似，当然尺寸更大，该机全由金属制成，并有可收放起落架
M2-F2在第16次飞行时，降落时因横滚振荡而猛烈翻滚坠毁，试飞员布鲁斯•彼得森受重伤
M2-F2结构图
M2-F2经过修复后成为了增加了一片中置垂尾的M2-F3，解决了横滚不稳定问题
M2-F2在第16次飞行时，降落时因横滚振荡而猛烈翻滚坠毁，试飞员布鲁斯•彼得森受重伤，在医院里一只眼睛因感染而失明，但是他康复后仍继续从事飞行事业。M2-F2的残骸经过评估后被认为可以修复，于是被运回诺斯罗普进行重建。70年代ABC电视网播放了以彼得森为原型创作的电视科幻剧集《无敌金刚》（The Six Million Dollar Man），颇受欢迎。
M2-F2经过修复后成为了增加了一片中置垂尾的M2-F3，解决了横滚不稳定问题。顺便说一下，其它两架升力体从一开始就具有中置垂尾。1970年6月，重生的M2-F3首飞，然后顺利进行了5次滑翔和22次动力试飞，未出现重大问题。该机飞到了21800米的最大高度和1.61马赫的最大速度。
HL-10在1966年1月下线并进行了首飞，试飞员也是布鲁斯•彼得森。1966年12月该机被证明在操控性上存在一定危险，于是被停飞直到设计师找出解决方案。1968年3月，HL-10的第二次飞行进行得很顺利，飞行员发现该机操控响应良好，飞行愉悦。
HL-10在1966年1月下线并进行了首飞
HL-10结构图
HL-10最终完成了10次滑翔和24次动力飞行，飞到27500米的最大高度和1.86马赫的最大速度，比两名“竞争对手”更高更快。HL-10在最后两次试飞中安装了小推力火箭进行动力降落试验，结论是动力降落比滑翔降落更麻烦，并且发动机带来的二次降落机会抵消不了为此付出的代价。
美国空军的X-24A在1967年7月下线，随后进行了28次试飞。由于其操控性不甚理想，因此空军和马丁公司又回到了绘图板前。马丁修改了X-24A的外形，拉宽机身使升力体呈三角形熨斗的样子，编号为X-24B。如果X-24B涂成黑色，看起来就像是一部科幻电影《邪恶帝国》中的太空战斗机。
美国空军的X-24A在1967年7月下线，随后进行了28次试飞
怪物集中营，干湖床上的X-24A、M2-F3、HL-10升力体
X-24B作为升力体有作弊之嫌，几乎已经长出了三角翼
1972年秋，X-24B开始了一系列的试飞，新构型大大提高了升力体的操控性，甚至飞行员把该机和战斗机相提并论。虽然这三种升力体都是在爱德华兹的干湖床降落的，但并不意味着三架升力体在降落表现上没有高下之分。试飞员觉得X-24B满足了他们驾驶该机准确降落在跑道上的所有操纵需求，并且该机最后两次试飞也证明了这一点。
20世纪60年代后期，NASA曾考虑以HL-10为基础研制实用化的载具，内部可容纳载荷或乘坐两名飞行机组和六名乘客，由“泰坦III”或其他运载火箭发射，但后来不了了之。不过这并不是NASA的升力体研究的终结。
20世纪60年代后期，NASA曾考虑以HL-10为基础研制实用化的载具，内部可容纳载荷或乘坐两名飞行机组和六名乘客，由“泰坦III”或其他运载火箭发射
米格-105-11在1976~1978年进行了8次试飞
米格-105和美国的升力体有一些相似之处，但区别也很大。例如该机装有涡喷发动机，可自行起飞
米格-105的“机翼”可变上反角
BOR-4缩比模型
无独有偶，苏联在“实验客运轨道航天器”（EPOS）计划中也曾考虑过升力体，该项目代号“螺旋”。米格设计局为EPOS设计了一种有人驾驶亚音速试验升力体——米格-105-11，在1976~1978年进行了8次试飞。
米格-105和美国的升力体有一些相似之处，但区别也很大。例如该机装有涡喷发动机，可自行起飞，不过该机在大多数试飞中是被载机带到天上的。米格-105其它有趣的特征是滑撬式起落架收入机身上表面两侧，使起落架的热保护更为简单，并且机翼可以上折作为垂尾。该机有着一个平底雪橇般的外观，所以获得了“木鞋”的绰号。米格-105生产型将在一架吸气式超音速载机背上发射。
米格-105最后被取消，苏联人用该机的BOR-4缩比模型进行了类似美国空军PRIME的飞行试验，使用消耗性助推器把模型推入亚轨道。苏联人在20世纪80年代曾计划沿米格-105的路线发展一种航天飞机，代号“Uragan”（飓风），由一枚“天顶”号（泽尼特）火箭发射，但从来没有脱离纸面。
苏联人在20世纪80年代曾计划沿米格-105的路线发展一种航天飞机，代号“Uragan”（飓风），由一枚“天顶”号（泽尼特）火箭发射，但从来没有脱离纸面
（来源:空军之翼）
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