高超聲速飛行器是指飛行速度超過5倍音速的飛機、飛彈、炮彈之類的有翼或無翼飛行器，具有突防成功率高的特點，有著巨大的軍事價值和潛在的經濟價值。 美國國防高級研究計劃局（ DARPA ）正在領導進行名為「 獵鷹 」（ FALCON ，「從美國大陸投送和部署兵力」的英語縮寫）的 高超聲速飛行器 研究項目，主承包商是 洛克希德·馬丁公司 。該項目原定在2007年9月，用一號高超聲速試驗機（HTV-1）進行一次超過15倍聲速的試飛，但據《飛行國際》報道， DARPA 和洛·馬公司已決定不按原計劃製造和試飛HTV-1，這是因為分承包商C-CAT公司研製的碳基殼體的曲線前緣出現了剝離問題。研製人員開始轉向另外一種不同的 HTV-2 設計，它採用前緣更薄的多片式殼體，將更易於製造。與此同時， 熱防護 研究也在繼續進行當中。
高超聲速飛行器研發過程中遇到的另一個難題就是氣動加熱問題，即所謂熱障。它主要是飛行器飛行時由於激波和粘性的作用，其周圍空氣溫度急劇升高，形成劇烈的氣動加熱環境，使一般飛行器結構無法承受。為克服熱障，科研人員首先精心設計飛行器的飛行軌道和氣動外形，使其在不影響或較少影響飛行器性能的情況下，儘可能降低進入飛行器的氣動加熱率，即熱流。
克服熱障更主要的手段是對飛行器進行熱防護，熱防護的方法按防熱機理劃分有：熱沉防熱；輻射防熱；發汗冷卻防熱和燒蝕防熱。
熱沉防熱主要利用材料的熱容量來吸收熱量。任何材料都有熱容量，但作為防熱材料使用時有其特殊要求。首先要有大的比熱，這樣單位質量的材料才能吸收更多的熱量；其次要有高的導熱率，只有這樣才能使熱沉材料的溫差不致過大，不然的話，受熱面已接近或達到材料的破壞溫度，而其餘部分的溫度還較低，就不能充分發揮材料大熱容量的潛力。由於熱沉材料的破壞溫度一般不是很高，比如說銅的熔點是1357 K，要想吸收大量的熱，就必須大量增加熱沉材料的質量，形成比較笨重的防熱系統。
輻射防熱主要利用材料的輻射特性。就是將其表面的氣動熱再以輻射的形式散發出去。由於輻射熱流與表面溫度的四次方成正比，因此，選用的輻射防熱材料不僅要有高輻射特性外，而且還必需有低導熱率和耐高溫特性。
發汗冷卻防熱通過從多孔表面滲出流體達到防熱的目的。主要靠熱阻塞效應或質量引射效應的機理來防熱。基本原理是，當流體注入飛行器表面氣體邊界層時，使邊界層結構發生改變，厚度增大而使得溫度梯度降低，從而減小進入飛行器的對流傳熱。飛行器使用發汗冷卻防熱優點是在飛行中沒有氣動外形的變化，還可以通過控制流體的滲出量來適應不同大小熱流的熱防護需求。薄膜冷卻防熱依靠在飛行器表面的小孔噴出液體或氣體，在表面形成一層很薄的液膜或氣膜，將飛行器表面與高溫氣體分隔開，而後液體蒸發吸熱，氣體注入邊界層，產生熱阻塞效應，降低進入飛行器的對流傳熱。薄膜冷卻防熱與上述發汗冷卻防熱相類似。很多人把它歸結到發汗冷卻防熱。
燒蝕防熱通過燒去外層，來達到保護內層的目的。燒蝕熱防護由於有效、可靠、自適應、重量輕、工藝簡單、便於搬運和儲存等優點而得到廣泛應用。中遠程彈道飛彈彈頭、返回式衛星、宇宙飛船、登月飛行返回艙以及太空梭機頭和機翼尾翼前緣，都使用燒蝕防熱。經過幾十年的研究試驗和實際應用，現已研發多種燒蝕材料，供不同用途的飛行器或飛行器的不同部位選用。燒蝕防熱是高超聲速飛行器熱防護中應用最成功的一種方法。燒蝕防熱的主要缺點是一次性使用和由於燒蝕產生的氣動外形變化。後者，將影響再入太空飛行器的穩定性、落點精度和再入機動飛行，以及巡航飛行器的升阻力、穩定性和操縱性。