空天飞机是一种既能航空，又能航天的飞行器，它的另一个名字叫做“有翼航天器”，在世界很多国家都曾经有过研制，其中开始最早、最为著名的当属上世纪六十年代前苏联提出的“50-50计划”，也称“螺旋”计划。
1962年，科罗廖夫下达军用空天飞机的研制任务，米高扬第155设计局开始了该计划的研究，图波列夫设计局负责研制载机。按照预想，“螺旋”飞行器在高超音速载机的帮助下，以5.5至6马赫的高速将空天飞机送上24至30公里的高度，空天飞机在被释放后进入地球轨道，在执行完计划飞行后，可以像飞机一样重返大气层。
此后的几年内，前苏联开始制造试验飞行器。到了1969年6月，前苏联国防部长格列奇科元帅认为，这个项目根本不可能完成，于是计划就此中止。直到五年后，在火箭发动机专家格鲁什科的大力推动下，项目重新启动，并在此后完成多次试飞，证明了空天飞机的可行性。
进入八十年代后，空天飞机的研制走上了高潮。1988年11月15日，苏联“暴风雪”号升空，并成功进行了精准着陆；但是随着前苏联的解体，“暴风雪号”失去了用武之地。此后，作为苏联最大继承国的俄罗斯，出于各方面的原因，无力再继续空天飞机的发展了。
1986年，美国提出代号“X-30”的空天飞机，并在其后陆续研制出X-33、X-34、X43等；2010年4月22日，首架X-37B原型机上演处女航，在随后的三次发射中，X-37B不断打破飞行时间纪录，直到今年8月27日，X-37B在轨时间超过了717天，再次创造了新的记录。
据了解，X-37B在轨期间进行了多次复杂的变轨操作，机动性能优异；不过，该飞行器此次执行了哪些任务，外界仍不得而知，它的具体性能各个媒体也都处于猜测阶段。目前看来，空天飞机具有比传统火箭助推的飞行器更低的燃料成本，并能在各轨道之间航行，可发挥优异的灵活性，这些优势可用于搜集情报、高空侦查等行动。
中国的空天飞机，研制时间并不比苏联和美国晚。早在1986年3月，我国就提出了著名的“863工程”，也就是国家高技术研究发展计划。其中，该计划中关于空天飞机的项目，代号为“腾云”，由航天科工集团负责研制。该项目采用两级入轨方案，利用飞翼运输机背负小型航天飞机，飞翼运输机在起飞阶段采用涡喷发动机点火起飞，当加速至3马赫后，冲压发动机启动，将时速进一步提升至6马赫。此后，火箭发动机点火，飞行器速度突破9马赫，与此同时，空天飞机与运输机分离，其自身液体发动机点火，将飞行器送进地球轨道。
在空天飞机完成入轨后，运载飞机将依靠自身剩余燃料返回发射场；空天飞机完成任务后，减速回到大气层，实现回收后可再次利用。
腾云工程涵盖了众多的关键技术，其中包括飞机结构的研制、气动外形的设计和动力系统的设计等，研制难度颇高。按照计划，腾云工程将在2020年完成首飞，待该项目成熟后，飞机将具备廉价、便捷、机动性强等优势，我国的航空航天事业也将因此获得新的进步和技术突破。