研制空天飞机的设想在20世纪30～40年代就已经出现。到50年代中期，美国开始研究试验一种高速飞行的X-15火箭型试验机，从升空的B-52轰炸机机翼上投放下来，靠自身发动机，使之飞行，高度可达108公里，时速可达7200公里。利用这种方式曾进行过250次试飞，50年代末期又开始执行一项X-20型可重复使用的军用载人航天器，但未成功，于1963年12月撤消此计划。
与此同时，美国空军开始执行一项美国第一个空天飞机计划，预计这种飞机能水平起降，同时可进入轨道的飞机制造方案，甚至已制造了全尺寸机翼／机身结构，但也于1963年底被撤消了计划。
进入20世纪80年代以来，随着超音速燃料冲压喷气发动机的技术突破，耐高温材料的研制进展，巨型计算机应用和计算机模拟技术的发展，使人们又重新开始重视空天飞机的研究与开发。1982年美国国防部在研究采用液氢燃料的冲压发动机与超音速燃烧冲压喷气发动机计划取得进展的基础上，又开始研究空天飞机。美国空军于1983年投资60万美元委托有关科研单位研究是否可能建造一架“跨大气层飞机”。后来从14个初步方案中选出6个，于1984年8月7日再次投资100万美元，进行方案论证，并成立了“跨大气层飞机计划局”。国防部和有关部局也组织研究发动机设计方案，先后投资700万美元，最后于1985年完成第二阶段研究计划。最后得出结论：跨大气层飞机是一个可以实现的方案，并确定于1990年9月开始研制空天飞机的试验机——X-30，最后投资30亿美元，建造了两架。
这种飞机外形尺寸和波音727客机差不多，最高飞行时速可达28962公里。验证机的缩比样机运载能力为1114公斤，可载乘员2人。采用可变循环发动机和液氢燃料火箭发动机的混合推进方式，使用一种高能“油脂”液氢燃料。它比一般液氢稠密，需加压输送。这种燃料可减少空天飞机起飞重量30％左右，发动机燃料室的冷却采用一种新技术——一种产生氢的“薄雾”来实现。