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从查尔斯·林白架机首次不停歇横跨大西洋至今已过去90年，当时历时33.5小时震惊全球的极限挑战，如今普通人仅用四分之一的时间就可以安全便捷的完成。推动航空航天技术不断进步的内因，正是人类更安全、快速、经济地到达更远的远方的不变梦想。
当时的“网红”查尔斯·林白
目前轨道运输价格高昂的原因一是源于有效载荷小，运载火箭绝大部分推力都浪费在了运输自身燃料上，二是源于单次使用，多级火箭都是用完后就抛弃。如果可以充分利用大气层中的氧气，就可以减少氧化剂的携带量，如果运载器可以重复使用，就可以分摊单次发射的成本，于是两级入轨方案甚至单级入轨方案便应运而生。
使用TBCC为动力的美国SR72飞行器概念图
两级入轨飞行器由一级大气层内运载器和二级轨道运载器组成，一级运载器是使用吸气式组合发动机的运输机，将轨道运载器加速送达高空后返回，之后二级轨道运载器继续加速爬升将有效载荷送入轨道后再返回地面。单级入轨飞行器则直接通过组合发动机驱动从地面起飞，将载荷送入轨道后返回想要实现两级入轨甚至单级入轨就需要在不同大气环境和极宽速度范围内都具有很高工作效率的喷气发动机。但现有的几种喷气式发动机都有明显的使用边界，优点和缺点共存。火箭发动机虽然力大无穷又迅捷无匹，在大气层和外部空间都能工作，但是燃料的消耗量太大，加上内部工作环境比较恶劣，导致工作时间和工作寿命都不长，经济性很差。
火箭冲压组合发动机RBCC原理图
涡轮喷气发动机可以在中低速飞行时长时间工作和重复使用，经济性很好，但其复杂的增压机构（压气机）限制了其飞行速度和飞行高度的上限。冲压发动机是高空、高速、远距离飞行的理想动力装置，亚声速燃烧的冲压发动机飞行速度可以达到5马赫，而超声速燃烧的冲压发动机理论上甚至可以达到20马赫，但冲压发动机的独特压缩形式使其只能在高速下工作，需要有额外的动力装置来为它加速，高速飞行带来的热防护和热疲劳问题也限制了它的使用和推广。
想要便捷、经济地实现天地往返运输，就需要将这几种喷气发动机的优点结合起来，使它们取长补短在各自擅长的领域发挥最大效能，于是组合发动机概念便应运而生。早在上世纪80年代，世界主要技术强国都推出了各自的两级/单级入轨飞行器的发展计划，比较出名的有美国的国家空天飞机计划、英国的“霍托尔”计划和德国的“桑格尔”计划等。
涡轮冲压组合发动机TBCC原理图
涡轮-冲压组合发动机弥补了涡轮发动机高速时效率低下和冲压发动机不能零速启动的缺点，涡轮发动机负责在水平起降和在中低空飞行时提供动力，并将冲压发动机加速到启动速度，冲压发动机则负责在高空高速飞行时提供动力。采用涡轮发动机和双模态（亚燃/超燃）冲压发动机并联布置方案的发动机将是两级入轨方案中大气层内运载器的主选动力方案，如何解决涡轮发动机和冲压发动机“接力”时的“推力陷阱”问题是这一组合方案的难题。
美国HTV-3X“黑燕”无人机概念图
法国在涡轮-冲压组合发动机领域的研究开始的最早其技术验证机—“狮鹫”Ⅱ在1959年就创造了载人吸气式飞机的速度世界纪录。这一纪录现在的所有者是美国的SR-71战略侦察机（于1976年创造），同样使用涡轮-冲压组合发动机，由此可见这种发动机在速度方面的巨大优势。
火箭-冲压组合发动机将火箭发动机与双模态冲压发动机组合在一起，适合作为两级入轨方案中轨道运载器的动力，冲压发动机使运载器加速到接近20马赫，火箭发动机再点火启动，可以进一步节省燃料，目前双模态冲压发动机技术成熟度还有待继续提高。美国通过HyTech计划，对双模态冲压发动机的关键技术进行了长期的研究和攻关，并通过X-51A飞行器验证了其技术可行性。
变循环涡扇发动机
协同式吸气火箭发动机（英文缩写与“佩刀”的单词相同，因此也叫做“佩刀”发动机）是目前唯一在研制的单级入轨动力装置。这种发动机在气流压缩过程中使用深度预冷技术，大幅地降低了来流温度，从而拓宽了涡轮发动机的工作范围。起飞后“佩刀”发动机在吸气发动机模式下加速到5马赫，再转换到液体火箭发动机模式，将有效载荷送入地球轨道。“佩刀”发动机的难点在于预冷器的研发，目前已经完成了毛细冷却管制造技术和低温霜冻堵塞控制技术的攻关。
使用SABRE为动力的英国云霄塔单级入轨飞行器
高昂的发射成本阻碍了人类大规模进入空间的脚步，但不变的飞天梦却激发了人类更多的创新灵感，组合发动机技术的成熟将有望大幅降低轨道运输成本，单次发射费用将会降至目前水平的10%甚至更低，不但可以加快人类空间探索的步伐，普通人实现太空旅行也不再只是梦想。
组合发动机将使人类的航空领域从底层大气拓展到临近空间，这里空气稀薄，更适合高速飞行，可以实现快速到达和打击、侦察距离近于卫星，并位于目前所有防空武器的打击范围之外，蕴含着巨大的潜在军事价值，近些年已受到世界强国的重视，并加大了组合发动机和临近空间高速飞行器的研发投入力度，美国的SR-72高超声速飞行器使用涡轮-冲压发动机组合动力，计划将于2018年进入验证机开发阶段。英国的“云霄塔”轨道运载器最大限度地继承了“霍托尔”计划的遗产，也是目前唯一还在研的单级入轨飞行器，随着“佩刀”发动机的逐渐成熟，“云霄塔”的首飞也已经列入正式计划。
协同吸气式火箭SABRE
组合发动机还将大幅缩短洲际旅行的时间，到时如果查尔斯·林白依然健在，只需要不到两小时就可以从纽约飞抵巴黎，世界各国间的联系会更加紧密，也将进一步加速全球化的进程。
组合发动机目前还处于单项发动机技术的研究与攻关阶段，主要包括高速涡轮机技术、亚燃/超燃冲压发动机技术、可重复使用火箭发动机技术、飞行器/发动机一体化设计技术和热防护技术五项，技术成熟度都还难以满足工程应用的要求。但正如“佩刀”发动机项目现任技术总监里瓦威尔所说：“实现太空之旅的梦想耗资巨大，但是没有那一条物理定律说必须以某种方式实现这一梦想，我们需要证明那条道路是可行的”。有人类的飞天梦想作为驱动，组合发动机终将彻底改变人类太空旅行的方式。
