高超音速被視為下一代飛行技術，它一般指飛行速度超過5倍音速（約6000公里/小時）以上。高超音速飛機採用的超音速衝壓發動機，被普遍認為是繼螺旋槳和噴氣推進之後的第三動力革命。高超音速飛機除了速度優勢外，還具有軌跡複雜的特點，令攔截更加困難。不過高超音速飛機存在著技術門檻高，研製難度大等諸多問題，目前只有美國和俄羅斯、中國等少數國家展開了相關研究，並取得一定成果。具體來說，研發高超音速飛機需要克服以下技術難題。
無偵-8高空高速無人偵察機採用火箭發動機
首先：發動機研發困難
以飛非火箭動力高超音速飛機為例，要將在大氣層內飛行的速度提高到5倍音速以上，衝壓發動機必須利用超音速氣流燃燒燃料。雖然超音速衝壓發動機進氣口形狀特殊，能減緩吸入氣流的速度，但無法將氣流的速度降低至亞音速，因此帶來一個大難題：將衝壓發動機吸入的超音速氣流並且在超音速氣流中點燃燃料，其難度無異於“在龍捲風中點燃一根火柴”。目前衝壓發動機也就在一些導彈技術上得以實現。
SR-71偵察機也只是使用兩臺普惠J-58-1變循環發動機，無法進行高超音速飛行
其次：氣動控制難度大
目前，人類對高超音速高空飛行過程中複雜氣流場的分析與預測，以及大空域和寬馬赫數下的飛行控制還知之甚少。需要進行大量的高速風洞測試，計算機模擬，更需要進行實際飛行測試，技術難度和研發風險都非常大，這就需要模擬高超音速的風洞實驗室和實體飛行器，兩者本身就是高門檻。
全球第一款高超音速滑翔彈道導彈東風-17公開亮相
美國HTV-2高超音速飛機器飛行速度要經歷從22倍音速再入，16倍音速以上速度開始滑行，最後減速到4倍音速的過程，飛行高度也從6000千米左右開始，最後降到20~30千米，飛行距離達5500千米，其橫向機動能力，也有2000千米。如何在高超音速飛行條件下，進行氣動控制，是HTV-2高超音速飛機研發過程中最大的難題。
HTV-2高超音速飛機器飛行過程，和東方17同理
再次：防熱系統和結構設計困難
由於高超音速飛機要進行5倍音速以上的飛行，即使飛行高度在空氣稀薄的高空，氣動加熱現象仍然非常嚴重。因此，為了保證飛行過程中飛機的安全，需要使用耐高溫、耐氧化、結構強度高的先進航空材料，同時要精心設計飛機的氣動外形和殼體工藝。此外高超音速飛機在高溫高壓條件下密封和連接技術、隔熱耐熱透波的一體化材料以及製造工藝，同樣是熱防護系統要面臨的巨大挑戰。
洛克希德馬丁公司HTV-2高超音速飛行器曾經解體
高超音速飛機在面對外部超高溫的同時，內部要保護常溫，以保證內部載荷和設備的正常運行。美國洛克希德馬丁公司HTV-2在第2次飛行實驗時，仍然因結構對材料應力及內外溫差考慮不足問題解體失敗，以致於洛克希德馬丁公司放棄HTV-2，開始研製HTV-3X“黑燕”高超音速飛機。
更加高端的HTV-3X“黑燕”高超音速飛機兇吉未卜
最後：制導、導航和控制技術難度大
制導、導航和控制技術（簡稱GNC）。是高超音速飛機，完成任務的技能保障，但高超音速飛機面對的GNC技術難度要比傳統飛機大得多，目前人類對高層大氣的瞭解仍十分有限，高超音速飛機，在高空稀薄大氣中飛行時會出現長時間的黑障，主要原因是機體溫度過高，會產生等離子體包裹住機體，因此產生的等離子體會屏蔽電磁信號（飛船再入大氣層時的無法通訊就是源於此），使地面遙控指令傳送不到飛行器上，控制系統就必須強大到能自主收集信息並飛行。
美國X-51A乘波器進行高速音速飛行試驗時因“黒障”失聯而失敗
這種“黒障”限制了地面指令、衛星導航等技術的運用。在高超音速飛行狀態下，來自外界或是本身微小的擾動就會被加速放大，從而帶來巨大的麻煩。因此飛控傳感器和控制系統需要儘快對姿態異常作出反應。此外，GNC系統必須根據飛機先進氣動佈局和控制機構進行設計，其難度可想而知。
俄羅斯匕首高超音速武器
俄羅斯在高超聲速武器領域的發展可謂突飛猛進。其中，最具代表性的就是率先列裝了“匕首”空射高超聲速導彈和“先鋒”高超聲速戰略洲際導彈，號稱成為世界上第一個正式裝備高超聲速武器的國家。但和東方大國一樣走的是“捷徑”，利用火箭技術實現的高超音速，而高超音速衝壓發動機依然不見“蹤影”。而俄羅斯材料問題依然沒有解決，這兩款武器都沒有量產。
曾經神秘的美國衝壓發動機的D-21無人機曾在我國境內墜毀
總而言之：
原本在發動機領域“獨領風騷”的美國痴心不改，專注於衝壓發動機的時候，發現自己忽略了其他三個問題，這也是其高超音速飛行器（武器）暫時落後的原因。其實俄羅斯在最基本的材料研發上“捉襟見肘”，或許在未來一段時間內，實用化高超音速武器仍是東方大國的“獨家”武器，但真正意義上的高超音速長航、反覆再入飛行器還有待時日。
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