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2013年5月1日，x-51A高超声速飞行器进行了第四次试飞。飞行距离超过426千米，并获得了370秒的飞行数据。这次试验虽然比前三次的结果好，但仍未达到预期目标。
近年来，美国进行了一系列高超声速飞行器的飞行试验。试验飞行器的种类很多，试验结果有成功，有失败，或成败参半。总体上，美国的高超声速计划留给人们的印象是重要、复杂和多变。要了解美国的高超声速计划的发展思路和起伏变化，就必须从其发展历史说起。美国高超声速计划的起伏与调整
高超声速飞行器可泛指在大气层中马赫数大于5的飞行器。美国的高超声速计划已经走过了半个多世纪。早在上世纪40年代，我国著名科学家钱学森在美国就对高超声速飞行的基本理论进行了研究。60年代初，美国的×-15用火箭发动机实现了首次高超声速飞行（飞行M数大于5.3）。在这以后，美国转而关注利用吸气式发动机的高超声速飞行，开展了超燃冲压发动机等关键技术的研究，掀起了第一个高潮。由于难度太大，不久之后，研究工作几乎停顿。在美国设计航天飞机时，仍决定采用较成熟的火箭发动机。直到1986年，美国航宇局（NASA）决定上马单级入轨的空天飞机（NASP）计划，被人们称之谓“高超声速的复苏”。这个计划在花出30亿美元资金后，在1995年下马。失败的主要原因是方案过于先进；超燃冲压发动机技术还不成熟；所需资金过大而无法承担；过分依赖于计算流体力学的计算，对地面试验和飞行试验重视不够等。在这之后，NASA认真吸取了教训，继续执行了一项规模较小的飞行演示验证的Hyper-X计划，其目的是扩展将来可以军民两用的高超声速技术基础。它的第一个无人高超声速验证机就是X-43A。
X-43A的飞行试验虽然成功，但其飞行马赫数是固定不变的（7或10）。由于其技术水平仍与实现空天飞机的距离甚远，NASA果断放弃了后续的以空天飞机为目标的X-43B和X-43C计划，转入了基础研究。
2001年，NASA和美国国防部就联合提出了“国家航空航天倡议”（NAI）。在这个倡议中，重点讨论了采用吸气式发动机在大气层中进行高超声速巡航飞行的技术。该倡议建议美国发展吸气式高超声速飞行器分三步走：近期致力于高超声速巡航导弹，中期集中于发展高超声速轰炸机，远期瞄准重复使用的航天运载器。与此同时，美国空军、海军都进行了以高超声速巡航导弹为背景的验证机研制。
2007年，美国国防部为了整合美军的高超声速研究、发展、试验和评估（RDT&E）活动，并便于与NASA协调，成立了高超声速技术联合办公室。2008年2月，美国国防部向美国国会递交了《国防部高超声速计划路线图》。在这个文件中，美军扩大了高超声速技术的定义。新的定义是：使大气层高超声速机动飞行成为可能的技术。由此计划发生了重大转折，不仅包括吸气式高超声速巡航飞行的技术，而且扩展到包括采用火箭发动机和组合发动机在大气层中进行高超声速机动飞行的技术，采取了“两边下注”的策略。
上述路线图进一步明确了美军的高超声速计划的目的，是为美军提供三项未来的作战能力：打击/持久作战能力；空中优势/防御能力；快速进入空间能力。这个路线图对这三方面，都提出了由一系列技术产品支撑的路线。这些技术产品包括了本文所讨论的各种试验飞行器。除此之外，还列出了试验与设备资源的路线图和基础研究的路线图。
吸气式高超声速飞行试验
X-43A是一个3.66米长的无人高超声速验证机。它采用升力体构形、氢燃料双模态（亚声速/超声速）燃烧；中压发动机，机身和发动机采用一体化设计。验证机由B-52飞机投放的“飞马”火箭的第一级来助推。2001年6月2日，在加州爱德华兹空军基地进行了X-43A的首次试飞，由于助推火箭偏航自爆，试验宣告失败。2004年3月27日进行了第二次试飞。在助推火箭的推动下，飞到3万米的高空，此后靠自身的采用氢为燃料的超燃冲压发动机，飞行约6分钟后，坠入了太平洋。在飞行中，X-43A的飞行M数达到6.83。2004年11月16日进行了第三次试飞。“飞马”火箭将X-43A推至大约33，5千米的高空，飞行M数达到9.65。两次飞行超燃冲压发动机工作仅10秒～11秒。从而，x-43A为人类实现高超声飞行，跨出了艰难的第一步。
美国空军在完成HyTech（1995～2002）计划的基础上，推动了一个采用碳氢燃料的超燃烧冲压发动机的飞行验证器（X-51A）计划。该项目由波音公司、普惠公司和美国空军研究实验室共同研制，其飞行M数将达到6～7。验证器为乘波外形，长7.9米，重1810千克。X-51A沿用了X-43A时采用过的双模态超燃冲压发动机。
2010年5月26日，X-51A进行了的第一次飞行试验。B-52从爱德华兹空军基地起飞，爬升到15千米高空，马赫数为0.8时，释放了由助推器和验证机组成的组合体。大约4秒后，助推器按照预定程序点火，将X-51A验证机，助推到M数4.8。随后，X-51A验证机与助推器、级间段分离，按照预定程序，成功地完成了一个平缓的180度滚转机动。在这一过程中，X-51A将进气口从上方位置改变为腹部位置，飞行速度略微降低到马赫数4.73。随后，超燃冲压发动机先点燃乙烯，然后过渡到JP-7碳氢燃料的点火、燃烧。接着，X-51A开始逐步加速。此时遥测数据表明，加速度略低于设计值，而且发动机舱后部的温度明显高于设计值。通过监测数据发现，X-51A开始减速，并且遥测信号丢失，于是下令终止试飞，飞行器启动了自毁程序。结果，超燃冲压发动机只工作了143秒，并未达到预期的300秒时间，最大M数只达到4.87。美军主管X-51A的美国空军研究实验室（ANRL）认为，在结束试验前30秒，喷管前的密封失效而导致发动机推力减少。
2011年6月13日，×-51A又进行的第二次飞行试验。在飞行中由于超燃冲压发动机的进气道未能正常启动，飞行试验被迫提早终止。在操控人员的控制下，飞行器溅落到加利福尼亚沿海。 2012年8月14日，X-51A的第三次试飞又宣告失败。在当天的试验中，助推火箭顺利点火，但在飞行16秒后，飞行器上一个平衡尾翼出现问题，导致其超声速燃烧冲压发动机无法成功点火，飞行器很快失去控制，坠入太平洋。
今年5月1日X-51A进行了第四次试飞。这次试验前根据前三次飞行试验的教训，对飞行器进行了多项改进。组合体在固体火箭的推进下飞行。当飞行M数达到4.8时，X-51A与固体火箭脱离，并点燃了双模态冲压发动机。在240秒之内，发动机内的燃料就已耗尽，最大飞行M数达到5.1。然后，X-51A又滑行了几分钟，按照预定的计划坠毁在太平洋中。X-51A在这次飞行试验中的飞行距离超过了426千米，并获得了370秒的飞行数据。这次试验比前三次的结果虽好，但并未达到预期目标。X-51A的飞行试验原定的目标是飞行马赫数达到6～6.5，发动机工作时间达到300秒。假若用了如此复杂的超燃冲压发动机，只能达到现在这个试验结果，那么，只用固体火箭发动机就能达到，或用简单可靠的亚燃冲压发动机，也可得到类似的结果，
美国海军的高超声速飞行试验计划进展也很不顺利。2001年，美国国防高级研究计划局（DARPA）和海军研究办公室联合开展了“高超声速飞行验证计划（HyFly）”。美国ATK公司为HyFly制造了与X-43A和X-51A的双模态发动机完全不同，但使用碳氢燃料的双燃烧室冲压发动机。2005年8月、2008年1月和2010年7月，HyFly的连续三次飞行试验，均因出现故障而宣告失败。第一次为燃油系统出现故障，第二次为燃油泵故障，第三次是助推器没有成功点火。
可以预测，在X-51A完成第四次飞行试验后，美国的吸气式高超声速计划将进行调整。
高超声速助推滑翔飞行试验
2002年，DARPA提出了“兵力运用与从本土发射（FALCON）”计划，也称猎鹰计划。猎鹰计划近期目标是研制一次性小型运载火箭（SLV）和通用气动飞行器（CAV），使用SLV把CAV发射到亚轨道并再入大气层后，通过高升阻比的气动外形，进行长时间的大距离滑翔，并具备大范围机动的能力。2004年美国国会审议猎鹰计划时，通过了预算拨款但取消了猎鹰计划中的武器部分，规定不能用于武器化的CAV开发，也禁止使用陆基或是潜射弹道导弹发射CAV。在这之后，CAV改名为高超声速技术飞行器（HTV）。HTV作为高超音速技术演示和验证计划的一部分，着眼于进行在较高的高空，验证与高超声速飞行相关的技术，如高超声速空气动力学、长时间高超声速飞行的防热技术、高超声飞行下的制导、导航与控制技术等。在计划的执行过程中，HTV-1、HTV-3相继被撤消，只有由洛克希德马丁公司的臭鼬团队研制的HTV-2飞行器，进行了两次飞行试验。
HTV-2使用优化设计的乘波外形以提高升阻比。它在防热上在其外部采用了低烧蚀的碳一碳复合材料，配合一系列隔热措施，来确保内部的常温环境。2010年4月，在加州范登堡空军基地，进行了猎鹰HTV-2首次飞行试验，用“米诺陶”-4运载火箭将HTV-2送至预定分离点，HTV-2在飞行M数超过2时与火箭上面级分离，但在发射9分钟后，与地面控制站就失去了联系，试验宣告失败。2010年末，DARPA公布了独立的工程审查委员会对HTV-2的调查结果，指出首飞失控最可能的原因是偏航超出预期，并同时耦合滚转，这些异常现象，超出了姿态控制系统的调节能力，导致飞行器坠毁。2011年8月13日，又进行了“HTV-2”的第二次试飞，但HTV-2在升空大约半小时后，便与地面失去联系，试飞再次宣告失败。DARPA对事故分析后表示，高超声速飞行导致飞行器大部分外壳损毁。研制者推测，部分外壳因局部烧蚀损坏后，快速形成的损伤区在飞行器周围，产生了意料之外的强大激波，导致飞行器的飞行迅速终止。
美国DARPA已经决定不再进行HTV-2的第三次试验。2012年7月，DARPA发布了综合高超声速（IH）计划招标公告，提出发展更先进的高超声速飞行器系列。该计划是一项综合性高超声速发展计划，着眼于未来快速全球打击、控制空间，以及远程力量投送和时敏目标打击等作战意图，兼顾了多个技术发展方向。计划首次进行“高超声速滑翔飞行器（HGV）”的飞行试验，将采用较尖的头锥和翼前缘，其升阻比要比HTV-2高出20%。为了减小飞行器在再入时的气动加热，计划将发展新的助推火箭，让飞行器能较平滑地进入滑翔轨道。在控制上，则要采用已在X-37B上成功应用的鲁棒控制技术。在这基础上，这个计划还将进一步要进行全尺寸的“Hypersonic-X”飞行器的试验。
在美国陆军航天与导弹防御司令部/美国陆军战略司令部成功地完成“先进高超声速武器”（AHW）首次飞行试验前，几乎无人知道这个项目。AHw项目由上述两个司令部在亚拉巴马州亨茨维尔建立的项目办公室管理和实施。助推器系统和高超声速滑翔体（HGB）。均由位于新墨西哥州阿伯克基的桑迪亚国家实验室研制，防热系统由位于亚拉巴马州亨茨维尔的美国陆军航空与导弹开发与工程中心研制。助推器系统是一个名为战略目标系统的三级火箭。它的第一级和第二级部采用“北极星”A3发动机，第三级采用ORBUS 1A发动机。HGB采用带有小翼的锥形设计。它的内部设计成适合于安装有效载荷。2011年11月17日，AHW在位于夏威夷州考艾岛的太平洋导弹靶场发射升空，成功地击中距离发射场大约3700千米，位于太平洋夸贾林环礁的美国陆军里根试验场的目标。这次试飞的目的，主要是搜集高超声速助推滑翔飞行器的数据，重点考核了用于该滑翔飞行器的三项技术：空气动力；制导、导航与控制和热防护。
根据这次飞行试验成功后媒体的报道，估计AHW可在35分钟飞行时间内飞行6000千米，精度可小于10米。它的HGB可在全球范围内中程投送非核的常规有效载荷。这种武器一旦投入使用，计划首先装备在关岛，将对中国造成威胁。 2010年7月，DARPA推出了“弧光”远程高超声速导弹计划。按照设想，这种新型导弹主要由导弹助推器和高超声速滑翔飞行器两部分组成。导弹助推器采用现役“标准”一3型导弹的助推器，而高超声速滑翔器则可携带500千克—1000千克的有效载荷，能在30分钟之内对3800千米以外的时间敏感目标实施打击。2011年4月，美国国防部宣布暂停这个计划。
小型无人航天飞机飞行试验
2010年4月22日，美军的小型无人航天飞机X-37B的第一架轨道试验飞行器（OTV-1），在卡纳维拉尔角空军基地，由“宇宙神”一5火箭将其发射入轨。同年12月3日结束任务返航，总共在轨飞行225天。在轨期间曾进行了多次的重大变轨。在OTV-1返回着陆接地时，它的主起落架左机轮轮胎爆裂，但仍准确地沿着跑道中心线滑跑，也成功验证了其自主控制系统的完整性和健壮性。
2011年3月5日，×-37B的第二架轨道试验飞行器（OTV-2）成功发射入轨，并于2012年6月16日凌晨，在加利福尼亚州的范登堡空军基地，悄悄地顺利着陆返回。它在轨飞行长达469天，进行了一系列轨道器技术和有效载荷的试验。2012年12月11日从卡纳维拉尔角空军基地第三次成功发射。执行本次任务的X-37B与2010年发射的为同一架。
×-37B的飞行试验结果表明，它选择的构型是成功的。在总结了“哥伦比亚”号失事的教训后，它回到了X-20的火箭顶推式，从而避免了外部燃料箱的隔热泡沫塑料，会打坏轨道器防热瓦的问题。它的气动外形，虽然也采用航天飞机的双三角机翼，但机身头部的钝度更大。它将原来航天飞机的中央垂直尾翼（舵）改为两个侧垂尾翼（舵）。这样，既改善了X-37B的偏航性能，而且缩小了全机的高度，使其在机身底部安装减速板后，仍可以放入整流罩内。虽然美国在研制X-37B时，可以参考美国在研制航天飞机的大量数据，但为了正确预测X-37B的气动性能和热环境，它仍在各类风洞中吹风约6000小时。
在X-37B第一次成功返回地面后，美国空军负责航天项目的副部长理查德·麦肯尼说：“这架飞行器旨在验证材料和能力，把多项实验送入太空，并将其带回地面检验这些技术。”美国空军多次声称，X-37B是一个纯粹且单纯的试验飞行器。用于验证技术和能力，但飞行器上的实验和项目预算仍然保密。由于X-37B的有效载荷很小，估计它只能完成部分侦察有效载荷的试验任务。其侦察功能相当于美国空军于1965年开始的非回收的空间试验计划（Air Force Space Test Program）中的试验型侦察卫星的功能。
X-37B飞行试验的另一目的是要验证重复使用轨道器本身的关键技术，包括防热系统，高温结构与密封，可重复使用的隔热技术，先进的制导、导航与控制，航空电子系统，自主返回着陆技术，空间机动技术以及先进的太阳能电池等。
X-37B虽然比航天飞机小了许多，但是由于它的头部和机翼前缘的钝度增大，在再入时的气动热环境，仍和航天飞机类似，头部和前缘的最高温度约为1627℃，大面积的最高温度约为1316℃。它的防热材料采用了美国已经发展得较成熟的第二代防热材料。头部和前缘采用了由NASAAmes研究中心研制的韧化的整体纤维的抗氧化的复合材料（TUFROC），它比增强碳碳材料（RCC）更轻，但可以做得更厚、传热过程更慢而抗氧化性能更强。在大面积上采用了韧化的整体纤维的绝热材料（TUFI）。此外，作为试验，在舵面上局部还使用了碳/碳化硅的防热材料。由于X-37B采用了较先进的防热系统，不仅大大提高了它在再入大气层时的安全性，而且大大减少了防热系统在地面维护和修理的工作量，从而缩短再次发射所需的准备时间。
近年来，美国进行了一系列高超声速飞行器的飞行试验。试验飞行器的种类很多，试验结果有成功，有失败，或成败参半。总体上，美国的高超声速计划留给人们的印象是重要、复杂和多变。要了解美国的高超声速计划的发展思路和起伏变化，就必须从其发展历史说起。美国高超声速计划的起伏与调整
高超声速飞行器可泛指在大气层中马赫数大于5的飞行器。美国的高超声速计划已经走过了半个多世纪。早在上世纪40年代，我国著名科学家钱学森在美国就对高超声速飞行的基本理论进行了研究。60年代初，美国的×-15用火箭发动机实现了首次高超声速飞行（飞行M数大于5.3）。在这以后，美国转而关注利用吸气式发动机的高超声速飞行，开展了超燃冲压发动机等关键技术的研究，掀起了第一个高潮。由于难度太大，不久之后，研究工作几乎停顿。在美国设计航天飞机时，仍决定采用较成熟的火箭发动机。直到1986年，美国航宇局（NASA）决定上马单级入轨的空天飞机（NASP）计划，被人们称之谓“高超声速的复苏”。这个计划在花出30亿美元资金后，在1995年下马。失败的主要原因是方案过于先进；超燃冲压发动机技术还不成熟；所需资金过大而无法承担；过分依赖于计算流体力学的计算，对地面试验和飞行试验重视不够等。在这之后，NASA认真吸取了教训，继续执行了一项规模较小的飞行演示验证的Hyper-X计划，其目的是扩展将来可以军民两用的高超声速技术基础。它的第一个无人高超声速验证机就是X-43A。
X-43A的飞行试验虽然成功，但其飞行马赫数是固定不变的（7或10）。由于其技术水平仍与实现空天飞机的距离甚远，NASA果断放弃了后续的以空天飞机为目标的X-43B和X-43C计划，转入了基础研究。
2001年，NASA和美国国防部就联合提出了“国家航空航天倡议”（NAI）。在这个倡议中，重点讨论了采用吸气式发动机在大气层中进行高超声速巡航飞行的技术。该倡议建议美国发展吸气式高超声速飞行器分三步走：近期致力于高超声速巡航导弹，中期集中于发展高超声速轰炸机，远期瞄准重复使用的航天运载器。与此同时，美国空军、海军都进行了以高超声速巡航导弹为背景的验证机研制。
2007年，美国国防部为了整合美军的高超声速研究、发展、试验和评估（RDT&E）活动，并便于与NASA协调，成立了高超声速技术联合办公室。2008年2月，美国国防部向美国国会递交了《国防部高超声速计划路线图》。在这个文件中，美军扩大了高超声速技术的定义。新的定义是：使大气层高超声速机动飞行成为可能的技术。由此计划发生了重大转折，不仅包括吸气式高超声速巡航飞行的技术，而且扩展到包括采用火箭发动机和组合发动机在大气层中进行高超声速机动飞行的技术，采取了“两边下注”的策略。
上述路线图进一步明确了美军的高超声速计划的目的，是为美军提供三项未来的作战能力：打击/持久作战能力；空中优势/防御能力；快速进入空间能力。这个路线图对这三方面，都提出了由一系列技术产品支撑的路线。这些技术产品包括了本文所讨论的各种试验飞行器。除此之外，还列出了试验与设备资源的路线图和基础研究的路线图。
吸气式高超声速飞行试验
X-43A是一个3.66米长的无人高超声速验证机。它采用升力体构形、氢燃料双模态（亚声速/超声速）燃烧；中压发动机，机身和发动机采用一体化设计。验证机由B-52飞机投放的“飞马”火箭的第一级来助推。2001年6月2日，在加州爱德华兹空军基地进行了X-43A的首次试飞，由于助推火箭偏航自爆，试验宣告失败。2004年3月27日进行了第二次试飞。在助推火箭的推动下，飞到3万米的高空，此后靠自身的采用氢为燃料的超燃冲压发动机，飞行约6分钟后，坠入了太平洋。在飞行中，X-43A的飞行M数达到6.83。2004年11月16日进行了第三次试飞。“飞马”火箭将X-43A推至大约33，5千米的高空，飞行M数达到9.65。两次飞行超燃冲压发动机工作仅10秒～11秒。从而，x-43A为人类实现高超声飞行，跨出了艰难的第一步。
美国空军在完成HyTech（1995～2002）计划的基础上，推动了一个采用碳氢燃料的超燃烧冲压发动机的飞行验证器（X-51A）计划。该项目由波音公司、普惠公司和美国空军研究实验室共同研制，其飞行M数将达到6～7。验证器为乘波外形，长7.9米，重1810千克。X-51A沿用了X-43A时采用过的双模态超燃冲压发动机。
2010年5月26日，X-51A进行了的第一次飞行试验。B-52从爱德华兹空军基地起飞，爬升到15千米高空，马赫数为0.8时，释放了由助推器和验证机组成的组合体。大约4秒后，助推器按照预定程序点火，将X-51A验证机，助推到M数4.8。随后，X-51A验证机与助推器、级间段分离，按照预定程序，成功地完成了一个平缓的180度滚转机动。在这一过程中，X-51A将进气口从上方位置改变为腹部位置，飞行速度略微降低到马赫数4.73。随后，超燃冲压发动机先点燃乙烯，然后过渡到JP-7碳氢燃料的点火、燃烧。接着，X-51A开始逐步加速。此时遥测数据表明，加速度略低于设计值，而且发动机舱后部的温度明显高于设计值。通过监测数据发现，X-51A开始减速，并且遥测信号丢失，于是下令终止试飞，飞行器启动了自毁程序。结果，超燃冲压发动机只工作了143秒，并未达到预期的300秒时间，最大M数只达到4.87。美军主管X-51A的美国空军研究实验室（ANRL）认为，在结束试验前30秒，喷管前的密封失效而导致发动机推力减少。
2011年6月13日，×-51A又进行的第二次飞行试验。在飞行中由于超燃冲压发动机的进气道未能正常启动，飞行试验被迫提早终止。在操控人员的控制下，飞行器溅落到加利福尼亚沿海。 2012年8月14日，X-51A的第三次试飞又宣告失败。在当天的试验中，助推火箭顺利点火，但在飞行16秒后，飞行器上一个平衡尾翼出现问题，导致其超声速燃烧冲压发动机无法成功点火，飞行器很快失去控制，坠入太平洋。
今年5月1日X-51A进行了第四次试飞。这次试验前根据前三次飞行试验的教训，对飞行器进行了多项改进。组合体在固体火箭的推进下飞行。当飞行M数达到4.8时，X-51A与固体火箭脱离，并点燃了双模态冲压发动机。在240秒之内，发动机内的燃料就已耗尽，最大飞行M数达到5.1。然后，X-51A又滑行了几分钟，按照预定的计划坠毁在太平洋中。X-51A在这次飞行试验中的飞行距离超过了426千米，并获得了370秒的飞行数据。这次试验比前三次的结果虽好，但并未达到预期目标。X-51A的飞行试验原定的目标是飞行马赫数达到6～6.5，发动机工作时间达到300秒。假若用了如此复杂的超燃冲压发动机，只能达到现在这个试验结果，那么，只用固体火箭发动机就能达到，或用简单可靠的亚燃冲压发动机，也可得到类似的结果，
美国海军的高超声速飞行试验计划进展也很不顺利。2001年，美国国防高级研究计划局（DARPA）和海军研究办公室联合开展了“高超声速飞行验证计划（HyFly）”。美国ATK公司为HyFly制造了与X-43A和X-51A的双模态发动机完全不同，但使用碳氢燃料的双燃烧室冲压发动机。2005年8月、2008年1月和2010年7月，HyFly的连续三次飞行试验，均因出现故障而宣告失败。第一次为燃油系统出现故障，第二次为燃油泵故障，第三次是助推器没有成功点火。
可以预测，在X-51A完成第四次飞行试验后，美国的吸气式高超声速计划将进行调整。
高超声速助推滑翔飞行试验
2002年，DARPA提出了“兵力运用与从本土发射（FALCON）”计划，也称猎鹰计划。猎鹰计划近期目标是研制一次性小型运载火箭（SLV）和通用气动飞行器（CAV），使用SLV把CAV发射到亚轨道并再入大气层后，通过高升阻比的气动外形，进行长时间的大距离滑翔，并具备大范围机动的能力。2004年美国国会审议猎鹰计划时，通过了预算拨款但取消了猎鹰计划中的武器部分，规定不能用于武器化的CAV开发，也禁止使用陆基或是潜射弹道导弹发射CAV。在这之后，CAV改名为高超声速技术飞行器（HTV）。HTV作为高超音速技术演示和验证计划的一部分，着眼于进行在较高的高空，验证与高超声速飞行相关的技术，如高超声速空气动力学、长时间高超声速飞行的防热技术、高超声飞行下的制导、导航与控制技术等。在计划的执行过程中，HTV-1、HTV-3相继被撤消，只有由洛克希德马丁公司的臭鼬团队研制的HTV-2飞行器，进行了两次飞行试验。
HTV-2使用优化设计的乘波外形以提高升阻比。它在防热上在其外部采用了低烧蚀的碳一碳复合材料，配合一系列隔热措施，来确保内部的常温环境。2010年4月，在加州范登堡空军基地，进行了猎鹰HTV-2首次飞行试验，用“米诺陶”-4运载火箭将HTV-2送至预定分离点，HTV-2在飞行M数超过2时与火箭上面级分离，但在发射9分钟后，与地面控制站就失去了联系，试验宣告失败。2010年末，DARPA公布了独立的工程审查委员会对HTV-2的调查结果，指出首飞失控最可能的原因是偏航超出预期，并同时耦合滚转，这些异常现象，超出了姿态控制系统的调节能力，导致飞行器坠毁。2011年8月13日，又进行了“HTV-2”的第二次试飞，但HTV-2在升空大约半小时后，便与地面失去联系，试飞再次宣告失败。DARPA对事故分析后表示，高超声速飞行导致飞行器大部分外壳损毁。研制者推测，部分外壳因局部烧蚀损坏后，快速形成的损伤区在飞行器周围，产生了意料之外的强大激波，导致飞行器的飞行迅速终止。
美国DARPA已经决定不再进行HTV-2的第三次试验。2012年7月，DARPA发布了综合高超声速（IH）计划招标公告，提出发展更先进的高超声速飞行器系列。该计划是一项综合性高超声速发展计划，着眼于未来快速全球打击、控制空间，以及远程力量投送和时敏目标打击等作战意图，兼顾了多个技术发展方向。计划首次进行“高超声速滑翔飞行器（HGV）”的飞行试验，将采用较尖的头锥和翼前缘，其升阻比要比HTV-2高出20%。为了减小飞行器在再入时的气动加热，计划将发展新的助推火箭，让飞行器能较平滑地进入滑翔轨道。在控制上，则要采用已在X-37B上成功应用的鲁棒控制技术。在这基础上，这个计划还将进一步要进行全尺寸的“Hypersonic-X”飞行器的试验。
在美国陆军航天与导弹防御司令部/美国陆军战略司令部成功地完成“先进高超声速武器”（AHW）首次飞行试验前，几乎无人知道这个项目。AHw项目由上述两个司令部在亚拉巴马州亨茨维尔建立的项目办公室管理和实施。助推器系统和高超声速滑翔体（HGB）。均由位于新墨西哥州阿伯克基的桑迪亚国家实验室研制，防热系统由位于亚拉巴马州亨茨维尔的美国陆军航空与导弹开发与工程中心研制。助推器系统是一个名为战略目标系统的三级火箭。它的第一级和第二级部采用“北极星”A3发动机，第三级采用ORBUS 1A发动机。HGB采用带有小翼的锥形设计。它的内部设计成适合于安装有效载荷。2011年11月17日，AHW在位于夏威夷州考艾岛的太平洋导弹靶场发射升空，成功地击中距离发射场大约3700千米，位于太平洋夸贾林环礁的美国陆军里根试验场的目标。这次试飞的目的，主要是搜集高超声速助推滑翔飞行器的数据，重点考核了用于该滑翔飞行器的三项技术：空气动力；制导、导航与控制和热防护。
根据这次飞行试验成功后媒体的报道，估计AHW可在35分钟飞行时间内飞行6000千米，精度可小于10米。它的HGB可在全球范围内中程投送非核的常规有效载荷。这种武器一旦投入使用，计划首先装备在关岛，将对中国造成威胁。 2010年7月，DARPA推出了“弧光”远程高超声速导弹计划。按照设想，这种新型导弹主要由导弹助推器和高超声速滑翔飞行器两部分组成。导弹助推器采用现役“标准”一3型导弹的助推器，而高超声速滑翔器则可携带500千克—1000千克的有效载荷，能在30分钟之内对3800千米以外的时间敏感目标实施打击。2011年4月，美国国防部宣布暂停这个计划。
小型无人航天飞机飞行试验
2010年4月22日，美军的小型无人航天飞机X-37B的第一架轨道试验飞行器（OTV-1），在卡纳维拉尔角空军基地，由“宇宙神”一5火箭将其发射入轨。同年12月3日结束任务返航，总共在轨飞行225天。在轨期间曾进行了多次的重大变轨。在OTV-1返回着陆接地时，它的主起落架左机轮轮胎爆裂，但仍准确地沿着跑道中心线滑跑，也成功验证了其自主控制系统的完整性和健壮性。
2011年3月5日，×-37B的第二架轨道试验飞行器（OTV-2）成功发射入轨，并于2012年6月16日凌晨，在加利福尼亚州的范登堡空军基地，悄悄地顺利着陆返回。它在轨飞行长达469天，进行了一系列轨道器技术和有效载荷的试验。2012年12月11日从卡纳维拉尔角空军基地第三次成功发射。执行本次任务的X-37B与2010年发射的为同一架。
×-37B的飞行试验结果表明，它选择的构型是成功的。在总结了“哥伦比亚”号失事的教训后，它回到了X-20的火箭顶推式，从而避免了外部燃料箱的隔热泡沫塑料，会打坏轨道器防热瓦的问题。它的气动外形，虽然也采用航天飞机的双三角机翼，但机身头部的钝度更大。它将原来航天飞机的中央垂直尾翼（舵）改为两个侧垂尾翼（舵）。这样，既改善了X-37B的偏航性能，而且缩小了全机的高度，使其在机身底部安装减速板后，仍可以放入整流罩内。虽然美国在研制X-37B时，可以参考美国在研制航天飞机的大量数据，但为了正确预测X-37B的气动性能和热环境，它仍在各类风洞中吹风约6000小时。
在X-37B第一次成功返回地面后，美国空军负责航天项目的副部长理查德·麦肯尼说：“这架飞行器旨在验证材料和能力，把多项实验送入太空，并将其带回地面检验这些技术。”美国空军多次声称，X-37B是一个纯粹且单纯的试验飞行器。用于验证技术和能力，但飞行器上的实验和项目预算仍然保密。由于X-37B的有效载荷很小，估计它只能完成部分侦察有效载荷的试验任务。其侦察功能相当于美国空军于1965年开始的非回收的空间试验计划（Air Force Space Test Program）中的试验型侦察卫星的功能。
X-37B飞行试验的另一目的是要验证重复使用轨道器本身的关键技术，包括防热系统，高温结构与密封，可重复使用的隔热技术，先进的制导、导航与控制，航空电子系统，自主返回着陆技术，空间机动技术以及先进的太阳能电池等。
X-37B虽然比航天飞机小了许多，但是由于它的头部和机翼前缘的钝度增大，在再入时的气动热环境，仍和航天飞机类似，头部和前缘的最高温度约为1627℃，大面积的最高温度约为1316℃。它的防热材料采用了美国已经发展得较成熟的第二代防热材料。头部和前缘采用了由NASAAmes研究中心研制的韧化的整体纤维的抗氧化的复合材料（TUFROC），它比增强碳碳材料（RCC）更轻，但可以做得更厚、传热过程更慢而抗氧化性能更强。在大面积上采用了韧化的整体纤维的绝热材料（TUFI）。此外，作为试验，在舵面上局部还使用了碳/碳化硅的防热材料。由于X-37B采用了较先进的防热系统，不仅大大提高了它在再入大气层时的安全性，而且大大减少了防热系统在地面维护和修理的工作量，从而缩短再次发射所需的准备时间。