升空后，为了尽快达到冲压发动机正常工作的所需速度，需要借助燃烧室的火箭发动机引射器工作实现助推加速。当飞行高度达到50～80千米时，飞行速度达到Ma5～7，超声速冲压发动机模式便可全功率、平稳工作，飞行器即可在近空间内作高超声速飞行，转为平飞阶段，像普通飞机一样产生升力，克服重力，只不过飞行速度和高度都比现有的飞机要更快、更高。
如果要执行入轨飞行任务，在到达近空间后，飞机不再转为平飞而继续上升，进入亚轨道区域。在这一过渡阶段空气量变得稀薄，冲压发动机模式逐渐退出工作。燃烧室内的火箭发动机引射器逐渐提高功率，最终完全独立工作，此时发动机由吸气模式完全转为火箭发动机模式，直到将飞行器送入预定轨道，使之成为航天飞行器。
因此装备有这种动力装置的空天飞行器，就同时具备了飞机和航天器的飞行特性，可在大气层内到近地轨道之间采用不同的方式飞行，空天飞行器的活动范围也更加广阔。
（4）空天组合发动机的技术要求
空天飞行器从起飞到入轨飞行任务的整个过程中，其动力装置要经历几个不同模式的循环，目的是在满足飞行要求的前提下尽可能提高动力的效率，以便减少推进剂携带量。如此复杂的动力系统，单从理论设计上就已相当困难。
空天组合发动机首先要克服火箭发动机的超高温、高强度和高压强的考验。分级燃烧循环氢氧火箭发动机燃烧室的出口气流温度大约为3000℃，燃烧室内压强最高可达到20MPa，这大概是大气压强的近200倍。为此火箭发动机的推力室从燃烧室头部到喷管整个壳体之间均设有冷却夹套，这种冷却夹套结构一般呈波纹式管束状，目的是让低温推进剂通过冷却夹套流经整个推力室为其降温，同时回收一部分热量。推进剂注入燃烧室后再次利用，起到回热提高效率的作用，火箭发动机的这种冷却方式也叫做再生冷却。
其次，空天组合发动机还要克服和航空发动机一样的可靠性和持久性的考验，因为这种发动机必须能够重复使用。一台正常的航空发动机设计使用寿命为1000～1500小时左右，因此航空发动机上的每一个零件，都要具备在高温高压等恶劣的工作环境下保持长时间平稳运行的能力。火箭发动机与其相比，反而容易得多。运载火箭上面级通常采用氢氧低温液体火箭发动机，这一级火箭发动机具有小推力、高比冲和持久推进的特点，整个上面级质量很小。发动机推力接近真空推力时，仅用很少流量就可产生很大的推进效果，所以工作时间一般为800～1000秒。固体火箭发动机由于没有循环系统冷却喷管和燃烧室，其使用寿命更短，最长时间约为100秒。而且火箭发动机几乎都是一次性使用的，不需要像航空发动机那样做日常维护。
由此看来，空天组合发动机的设计初衷必须要同时具备航空发动机和火箭发动机各自的基本性能要求，才能满足在航空运输和在轨飞行的需要。而将这两类发动机苛刻的条件融合在一起的产物，必将是对人类目前科学技术发展水平的一次严峻考验。空天飞机的复杂程度将远比刚刚退役的航天飞机，即使我们可以将其制造出来，其经济性、安全性和维护性都将要投入更多的时间和资金去逐步提高与完善。
技术的改进和提升往往会带来结构的复杂、质量环节的难以保证，以及运行维护成本的增加。所以，质量控制应伴随技术革新的始终。在追求更高标准和更高要求的同时，要综合考虑其他方面的因素，才能制定出客观合理的发展路线。
（5）空天飞机的能源
空天飞行器及其动力装置已远远超越了现有的技术水平。化学能源和工程热力学理论已经达到了各自的极限，宇宙中没有地球上所具备的燃料，工程热力学理论也不允许我们携带这种化学燃料驰骋在遥远的宇宙空间，不仅仅是化学能源的能量密度小，更重要的是我们无法摆脱对地球能源的依赖。
如果用原子能作为飞行器的能源，可以大幅度提升能量密度，我们利用核能源驱动的宇宙飞船可以抵达火星、木星甚至是太阳系边缘。但是携带的能量最终还是有限的，当能量耗尽后，我们同样无法在地球以外的地方找到并且利用核能源，飞行器必须在燃料消耗接近一半的时候开始返航。那么，该如何摆脱我们对自己星球上的能源依赖呢？
人类要想实现真正的星际航行就要从能源上摆脱对地球的依赖，我们要放眼整个宇宙，应该向宇宙索取能源。宇宙之中无所不在的能源，其实就在虚无缥缈的真空之中，不仅是在地球上，还是在外层空间，不管我们走到哪里，都会沉浸在真空能的海洋中。真空为我们提供了无穷无尽的能量，而且能够帮助我们缩短时空上的距离，在不同的宇宙区域之间构筑起便捷的超维空间隧道。
真空能遍布整个宇宙，如果技术允许真空能在一定尺度空间内进行集中，可以使该空间的形态发生变化，空间在能量的驱使下产生了运动，发生的翘曲，使相隔遥远的两地变得近如咫尺，这种采用翘曲飞行所用的时间比在常规惯性飞行中即使以光速飞行所用的时间还短。
我们在宇宙航行中追求的是尽量缩短时间，根据公式t=s/v，要想缩短时间，通常是提高速度。我们也可以在确保速度不变的情况下，缩短两地的空间尺度。空间尺度收缩的程度，取决于能量的密度，而在宇宙中真空能源是无穷的。因此，空间距离可被真空能压缩至足够短的程度，而没有限度要求。无论目标星体与我们相距多么遥远，只要我们拥有足够的真空能，就可以通过翘曲飞行技术来实现，所以空间翘曲飞行技术才是未来在宇宙间真正的航行技术。
人类文明发展其实质就是人类利用能源方式的演变，未来也是如此，如果真空能源能够被我们认识或者掌握，那么人类文明将进入一个全新的时代，真空能将给人类带来一场新的技术革命。只有到了那个时候，航空和航天飞行器才能真正实现统一，人类环宇航行的终极梦想才得以成为现实。
如今，人类在发展航空航天技术的同时，更要关注对宇宙的认识和影响，我们每当对宇宙有了进一步的了解，都会对航空航天技术的突破带来启迪，这会促进我们不断地将功能更强大、更先进的航天器送入太空，实现我们心目中伟大的理想。
新能源的向往
热核聚变
宇宙中有无数的能源宝藏，等待着人类逐一探知和开发。
人类对月球探索的价值也归结于能源。月球上有一种地球所不存在的重要能源——氦-3，氦-3与通常的氦原子一样，核电荷数（原子核的质子数）为2，但是它的中子数却仅有一个，而通常的氦原子有两个中子。氦-3的这种特性，使它成为一种特别适合作为可控热核聚变的燃料。因为氦-3在聚变的过程中与一般的核聚变不同，不会产生中子，所以放射性小，在反应过程中易于控制。
热核聚变是比裂变更高效、清洁的能源产生方式。通常铀-235或铀-238在发生裂变时，平均每个质子或中子释放的能量约为1MeV，而一个氘核和一个氚核结合发生聚变时，会释放17.6MeV的能量，平均每个核子放出的能量均在3MeV以上（氘核有一个质子和一个中子，氚核有一个质子和两个中子，一共有5个核子），这比裂变反应中平均每个核子释放的能量要大3～4倍。氘核子和氚核子聚变后的产物氦核子的质量，比起聚变前会有微小的亏损，这部分微小的质量差值，按照爱因斯坦的质能方程E=mc2产生了巨大的能量，而这些能量正是维持聚变不断进行的重要因素。
裂变和聚变在反应过程中都要释放出中子，而裂变的产物钡和氪也具有一定的放射性，在自然衰变下可以释放出α射线、β射线和γ射线。其中α射线是带正电的质子流，β射线是带负电的电子流，γ射线是波长极短的高频电磁波。这些粒子和电磁波都具有穿透性和破坏性，长时间接受这种照射，会给人体带来极大的伤害。
热核聚变的产物氦，却不带有放射性，相比核裂变，核聚变仅在反应过程中产生中子，一旦反应结束或停止，中子被减速吸收，放热性也就不复存在，所以热核聚变是一种更加清洁、环保的能源。对于核聚变反应过程中产生的中子，却是发展核聚变技术所面临的一项重要难题。
要想在地球上实现可控核聚变，其反应温度必须达到并维持在1亿摄氏度以上，这个温度远高于太阳中心的2000万摄氏度。之所以相同的聚变会有如此之大的温差，是因为太阳内部压力高达2500～3000亿个标准大气压，核子是在极高的压强下，发生聚变反应。人类在目前的技术条件下所能创造的极限压强不过几百个大气压的数量级，为了能弥补压力上的欠缺，只有通过提高温度来获得粒子的动能，在具有足够能量的撞击之下，才可以发生核聚变。对于核聚变的副产物中子由于在超高温下具有很高的速度，所以有很强的穿透性。
目前，人类所使用的可控核聚变技术主要有两种，惯性约束核聚变和磁约束核聚变。惯性约束核聚变是用超高能激光，从对称的多个角度同时照射置于球型容器内直径不到1毫米的氘、氚等物质组成的靶丸，在短短的几亿分之一秒内激光释放的巨大能量被氘、氚瞬间吸收，这些氘、氚分子获得能量后，以极高的速度向外喷射，对靶心产生强大的反冲力，使靶心温度和密度急骤升高而发生聚变。位于美国加利福尼亚州的美国国家点火实验室（NIF）拥有世界上功率最大的惯性约束核聚变实验装置，它在2012年3月进行的点火实验中，发射激光的能量经过最后一个聚焦透镜后达到了2.03MJ，创造了紫外激光能量的世界纪录。其最终射向球型容器的能量达到了1.875MJ，虽然容器中没有聚变燃料，但是技术的突破使可控核聚变离实现更进了一步。
在磁约束核聚变中，利用磁约束受控核聚变环流器（俄文译音：托卡马克）产生的强大磁场，将聚变物质束缚在环流器内实现高速回旋运动而不与环流器壁面接触，避免了超高温对材料本身的伤害。磁约束核聚变也是当前开发聚变能源中最有希望的途径。
不管是采取惯性约束核聚变还是“托卡马克”磁约束核聚变，都要在反应容器周围安装严密的中子屏蔽器，用于防止聚变产生的高速运行的中子对其他设施和人身造成穿透性的破坏和致命的伤害。但是如果采用氦-3作为核聚变的原料，其反应结果会大为不同。
由于反应产物中没有中子，这给核聚变反应带来了很大的安全性和可靠性，也更加环保。生成的质子由于带有电荷，极容易被电场捕获得到束缚，而不会伤害它物。
与氦-3参与核聚变反应的氘在地球上含量非常丰富，平均1升海水中有0.03克的氘，从海水中可以大量提取。但是起到关键因素的氦-3则含量异常稀少，地球上氦-3的总含量不过几百千克，这给寻找和提取氦-3带来了相当大的困难。根据人类对月球地壳浅层的初步探测表明，其中的氦-3含量竟达上百万吨，经过计算， 100吨的氦-3能释放出全世界一年使用的能源总量，那么月球上的氦-3能够让人类使用上万年。这些清洁能源如能恰当加以利用，不但可以彻底改变人类的能源结构，缓解能源危机，还能带来巨大的经济效益和技术进步，使人类的文明进程飞速向前发展。
国际能源计划的合作
在地球上人类已经开始着手实施核聚变实验计划。2006年，美国、俄罗斯、中国、欧盟、日本、韩国和印度共同签署协定，合作开发国际热核聚变（ITER）计划。该计划将汇集当今国际上受控磁约束核聚变的最新科技成果，首次建造可实现大规模聚变的反应堆。