進入太空是非常昂貴的，這是阻止我們進一步探索太陽系的主要原因之一。 隨著部分可重複使用的發射器的到來，它可能會開始移動。 然而，我們距離太空飛行器的夢想還遠遠不如汽車或飛機那麼容易使用。 這將意味著一個完全可重複使用的車輛，尤其能夠在不降低其階段的情況下到達地球軌道。
自太空時代開始以來，多級火箭已被證明是有效的
所有火箭都有多級設計，因為死亡質量是進入軌道的死敵。 為了有機會進入軌道，發射器的絕大部分質量必須由推進劑組成。 通過降低死亡質量和爬升量，我們確保保持這個比率，從而保持火箭的性能。 有很多方法可以做到這一點。 我們可以堆疊各個階段，每個階段都有自己的引擎，一個在另一個之上，甚至彼此相鄰。
通過使用助推器的架構，我們可以獲得兩級或三級火箭，還可以使用多個可釋放的助推器。 即使必須重用所有元素的可能性有限，它也能很好地工作。 這種設計很快被強加於太空時代的第一個發射器。 然而，一些工程師試圖想像單級發射器（SSTO），它被認為是完全重用的關鍵，因此降低了進入太空的成本。
單級發射器概念（SSTO）面臨許多技術挑戰
如果這些機器今天都沒有飛行，那是因為這種類型的架構會產生根本性的限制。如何將發射器的質量保持在最低限度而不會在旅途中丟失任何東西？如何在飛行的各個階段建立一個高效的發動機，具有強大的起飛能力和一旦離開大氣層的強烈衝動？尤其是當車輛的質量已經造成很多問題時如何插入有效載荷？這是SSTO（單級到軌道）發射器試圖解決的難題，太空飛行器必須具有較低的性能但是可以通過完全重用來彌補。有關該主題的研究概念很多，其中一些項目仍在開發中。
早在20世紀60年代，道格拉斯的工程師菲利普·博諾就想像出一系列越來越先進的概念。第一個概念通過使用可拋棄的燃料箱來作弊，但很快就會回歸建築物真正的SSTO，特別是可重複使用。他早期的工作突出了這種架構的關鍵技術。對於Philip Bono來說，SSTO發射器必須能夠垂直起降（VTVL =垂直起飛和垂直著陸）。發射器必須採用火箭而不是飛機的形式，因為機翼的重量太重了。只有氫 – 氧對才能提供所有飛行階段所需的功率和特定脈衝。
Delta Clipper SSTO演示器在20世紀90年代進行了測試
Philip Bono的想法給麥克唐納道格拉斯留下了深刻的印象，他在20世紀90年代初開始開發Delta Clipper演示器。 這個演示器提供了一個很好的，小規模的概述這種類型的架構將是什麼樣的：火箭的圓錐形狀，水文引擎，模塊推力，輕質材料和大氣再入的熱保護需求。
Delta Clipper進行了12次飛行。 它從未超過3公里，但這個演示者已經能夠證明這種架構的重複使用的可能性很高，有時在兩次飛行之間只有超過24小時。 Delta Clipper計劃從未導致軌道模型，但參與該項目的一些工程師現在在Blue Origin。
洛克希德·馬丁公司在取消之前開發了一個太空飛機概念
雖然Philip Bono不相信，但是一架飛機形狀的車輛的想法引誘了其他車隊。 在麥克唐納道格拉斯測試Delta Clipper的同時，洛克希德馬丁公司開始研發X-33。 它是一個測試開發SSTO車輛所需的所有技術的演示者。
洛克希德·馬丁公司和美國國家航空航天局已經確定了一系列可以實現這樣一個項目的技術：促進大氣層重新進入的形狀，垂直起飛和水平著陸，適用於飛行所有階段的航空噴嘴，使用 氫和液氧對。 X-33主要是使用複合材料來減少燃料重量。 對於NASA來說，這些是設計可以在幾天內再次飛行並且需要較少維護的車輛的關鍵。
美國航天局在這個計劃中看到了進入地球軌道十倍安全和十倍便宜的機會。 但那並沒有那麼順利。 由於技術上的困難，該項目於2001年被取消。 特別是製造由複合材料製成的燃料箱。 當我們知道低溫碳纖維坦克從那時起取得了巨大進步時，這是一種恥辱。
SSTO模型對許多人不感興趣，因為存在其他經過驗證的解決方案
今天，我們不能說SSTO車輛產生了很大的興趣。 由於SpaceX證明了技術的飛躍並不那麼重要，部分恢復似乎已經取得了成效。 英國仍有一支團隊想要相信開發Skylon太空飛機。
為了真正使SSTO架構變得有趣，我們可能需要研究除化學推進之外的其他解決方案。 利用核能，我們可以同時具有高功率和大的特定脈衝。 核發動機早在20世紀60年代就已達到發展的高級階段。 熱核推進將通過反應器的熱量放鬆氫來提供推力。 這將導致強推力，但仍不足以推進第一級或SSTO車輛。
不久之後將不會推出太空飛行器SSTO
John Bucknell是SpaceX Raptor引擎的前工程師，他在2015年設想了一種提高這種系統功率和效率的方法。以Skylon空間平面的方式，將空氣吸入大氣中以向熱核推進添加燃燒循環。在這種發動機中，氫首先通過核反應堆加熱而膨脹，然後將其註入燃燒室，在那裡燃燒時與大氣接觸。這導致在飛行的第一階段期間推力和特定脈衝的大幅增加。
約翰巴克內爾認為，這樣的系統將產生一種真正強大的SSTO火箭，能夠將大載荷送入軌道及其他地方。顯然，由於應用技術非常複雜，因此在經濟上可行是可重複使用的。這種發動機可能不會長時間開發，也不會開發SSTO軌道車輛。與預期的收益相比，這些限制似乎仍然非常重要。
到目前為止，設想了另一條軌道，以便完全重複使用太空飛行器。 SpaceX Starship及其助推器將架構分為兩個階段，但我們嘗試單獨恢復它們。無需基本的技術突破。如果星艦管理有一天降落在月球上或火星上，它將不得不再次起飛降落在地球上，就像真正的SSTO車輛一樣。
Images by A. Mann / Glenn Research Center [Public domain] / NASA/MSFC [Public domain]
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