美國空軍的太空飛機是一項基礎研究計劃，由賴特-帕特森空軍基地的韋爾登-沃思領導，涉及未來可回收太空飛機的設計。這項工作開始于1957年，是美國空軍正式的SR-89774（SR代表研究要求）的結果，即可重復使用的太空飛機。到1959年，這項工作被稱為可回收軌道發射系統（ROLS）。從1958年開始，它包含各種概念、設計和研究項目，但在1963年因不切實際而被取消。

最初的推進概念是液體空氣收集系統（LACES），用于現在被稱為液體空氣循環發動機。進一步的工作表明，只從液體空氣中提取氧氣可以獲得更多的性能，他們把這個系統稱為空氣收集和濃縮系統（ACES）。一份合同被授予Marquardt和通用動力公司，以開發ACES試驗臺，由Garrett AiResearch建造用于冷卻空氣的熱交換器。ACES的設計相當復雜；空氣首先在一個由液態氫燃料冷卻的熱交換器中液化，然后泵入一個低壓罐進行短期儲存。然后從那里被泵入一個高壓罐，在那里氧氣被分離，其余的（主要是氮氣）被傾倒到船外。在1960年底和1961年初，一臺125N示范發動機每次運行時間長達5分鐘。

在1960年初，空軍提供了一份開發合同，要求開發一種可以從任何跑道上起飛、直接飛入軌道并返回的三螺旋式太空飛機。他們希望該設計能在1970年之前投入使用，總開發成本僅為50億美元。波音公司、道格拉斯公司、康維爾公司、洛克希德公司、固特異公司、北美公司和共和公司都作出了回應。這些設計大多忽略了ACES系統，而是使用噴氣機作為動力。在1958年NASA的一篇論文中，噴氣式飛機是在與最初的LACES設計差不多的時候提出的，許多公司對看到它的發展非常感興趣，也許沒有人比馬夸特更感興趣了，他的沖壓式飛機業務隨著較新的噴氣式發動機的推出而減少，而他已經開始了噴氣式飛機的工作。亞歷山大-卡特維利和安東尼奧-費里都是渦輪噴氣方法的支持者。費里最終在1964年11月成功演示了產生凈推力的噴氣機，產生了517磅力（2.30千牛），約為其目標的80%。

1963年，空軍改變了他們在SR-651上的優先權，完全集中在各種高速發動機的開發上。這些包括LACES和ACES發動機，以及scramjets、turbojets和普通（亞音速燃燒）沖壓式發動機，其進氣口適合在8馬赫以下使用。1963年10月，一項審查表明，航空航天飛機的基本概念對于開發任何真正的原型機來說太新了。此外，所有的設計都對重量極為敏感，任何增加（總是有一些）都可能使所有的設計不可行。航天飛機項目被批評為涉及如此多明顯不可行的因素，并使自己受到如此多的嘲弄，以至于該項目資金在1964年被終止。