空中发射是一种通过机载发射系统在空中释放导弹的技术。这一技术允许在较高高度和速度条件下，将运载火箭与飞机分离，随后运载火箭自由飞行一段时间后，第一级发动机点火，最终将有效载荷送入指定轨道。随着质量喷射预压冷却技术的发展，飞机的脉冲推力得以增强，从而提高了运载火箭的飞行速度，为空中发射提供了可能性。

美国空军航天司令部（AFSPC）在2003年的研究报告中指出，空中发射是未来理想的一种低成本、快速响应的航天运输关键技术。自1990年起，美国开始使用“飞马座”火箭进行商业发射操作。目前，美国的空中发射研究主要集中于F-15、C-17、B-1和B-52等型号的飞机。早期的“飞马座”火箭由B-52轰炸机搭载，后来轨道科学公司购买了L-1011运输机作为新的载机。在投放过程中，飞机飞行高度约为11,900米，飞行马赫数为0.8。借助特殊设计的三角翼提供的空气动力学特性，“飞马座”火箭能够在稳定状态下将有效载荷送入预定轨道。

俄罗斯在1998年提出了以An-124运输机为载机的空中火箭计划，旨在发射两级运载火箭。马可耶夫设计局提出的方案包括基于“静海”3A或“里夫”MA运载火箭的空间运输系统，使用伊尔-76MD、An-124或安-225货运飞机作为发射平台。火箭放置在机身内部，通过空中投放，利用降落伞减速后再点火启动。其中，“静海”3A具备超过600千克的低地球轨道有效载荷能力，而“里夫”MA的有效载荷能力可达近1000千克。2004年，俄罗斯空中发射公司获得了改装四架An-124-100型运输机用于航天发射的许可。根据方案，俄罗斯空中发射公司将使用改装后的An-124-100型鲁斯兰远程运输机作为载机，携带长达30米、重达100吨的“飞行”号两级运载火箭飞至海拔11千米的高空。在预定位置，飞机尾部的舱门将开启，形成长条状的“斜坡”，位于机舱内的火箭尾部将露出舱口。接着，飞机机身逐渐倾斜，直至与水平线成76度夹角时，大功率活塞将火箭推出舱口，沿“斜坡”滑出。此时，运输机执行紧急上升动作，迅速与火箭分离。火箭上的降落伞随即展开，维持火箭的飞行姿态。大约六秒钟后，降落伞脱离，一级火箭发动机产生约190吨的推力，使“飞行”号以3.8千米/秒的速度飞向预定的太空轨道。该项目预计将投资1.3亿美元，建成后的发射能力将达到3吨有效载荷送入近地轨道，每千克有效载荷的发射成本低于5000美元。

作为第一级运载器，载机的性能指标直接影响到上面级的运载能力。关键因素包括载机的最大起飞质量和燃油消耗情况，这些决定了载机所能承载的运载火箭与有效载荷的质量。此外，载机的最大飞行速度和最大使用升限也是重要考量因素，因为它们会影响火箭与载机分离时所获得的速度增量，进而影响火箭的运载能力。

由于空中运输空间和载重的限制，需要选择适合的火箭尺寸和质量。为了确保运输和发射过程的安全性，需要对现有地面的低温加注以及液压系统进行改进。通常运载火箭会采用固体推进剂，但也可能采用其他类型的火箭燃料。

根据运载火箭在运输途中的不同位置及其与载机的关系，常见的组合方式包括背驮式、肚装式和下挂式。具体选择哪种组合方式，需要结合载机和运载火箭的特点，并考虑经济实用性和安全性的平衡。

在地面发射时，运载火箭在点火前处于稳定姿态。但对于空中发射，运载火箭在与载机分离后点火前的一段时间内，姿态处于不受控制的状态。因此，如何保持运载火箭的姿态稳定，以便正确引导和合适的角度点火，是一项至关重要的技术问题。

对于空中发射任务而言，虽然能确定卫星的目标轨道，但无法精确预测载机实施发射的位置、时间和状态，也无法提前设定运载火箭的标准弹道和关机时间等参数。因此，运载火箭需要具备实时的弹道计算和自主制导能力。

空中发射的机动性意味着可用的地面测控资源不确定。此外，测控系统需要全程监测发射过程，并在必要时进行适当的安控措施。最后，需要对点火点的运载火箭参数进行精密测量。因此，需要开发多样化的测量控制手段。

如空中加油技术、空中发射测试技术和载机与运载火箭分离技术等，都是为了增加飞行半径、提高发射点选择面而发展的相关配套技术。

空中发射技术为小卫星和微型卫星提供了良好的发射机会，因其发射规模较小且电子设备小型化。这种发射方式价格低廉、风险较低。空中发射不受地理位置限制，可在全球范围内任意地点、采用多种射向进行发射，极大地扩展了航天器的轨道选择范围。由于任务准备时间短，发射点射向灵活，与固定发射场相比，大幅降低了发射成本。此外，利用飞机作为发射系统的第一节，不仅能减少火箭各节的速度需求、降低气动阻力、减少大气压力的影响，还能从现有支持设施中获益。由于发射位置分布广，空中发射为任务操作带来极大的灵活性。空中发射方法通常分为两种：一种是从载机上直接点火发射，另一种是先从载机上弹射或投放，然后再点火。机载发射装置可根据结构分为导轨式和管式，根据安装位置可分为机外式、机内式和混合式。

空中发射试验是为了评估机载导弹、火箭弹的可靠性和安全性。此类试验一般在大量的地面发射试验和空中挂飞试验之后进行，通常采用发动机模拟弹（带真实发动机，其气动外形和重量、重心与真弹相同）。在规定的一些典型高度、速度和飞行姿态下进行发射。空中发射试验的主要检查内容包括发动机点火可靠性、导弹离机后穿过飞机流场区的飞行轨迹和飞行稳定性、发动机燃气流对飞机发动机的影响、发射瞬间对载机姿态及飞机操纵性的影响，以及发射瞬间的燃气压力、音响和振动对其他悬挂物和机载设备的影响。

美国北美航空公司的X-15A-2型飞机是世界上最快的固定翼飞机之一。1964年6月25日首次飞行，由液态氧-氨火箭推动系统驱动，最高时速达到7,274公里（6.7马赫）。1963年8月22日，约瑟夫·A·沃克驾驶X-15A型飞机创下107,960米的飞行高度纪录。1968年10月24日，进行了最后一次这种飞行表演。美国国家航空和宇宙航天局的罗克韦尔轨道式航天飞机“哥伦比亚”号，1981年4月12日从佛罗里达州卡纳维拉尔角肯尼迪宇航中心发射升空，打破了所有固定翼飞机的飞行纪录。在122公里高空重返大气层后，承受了2,160°C的高温。1981年4月14日在加州罗杰斯干湖着陆时，时速达347公里。截至1983年11月28日，第六次太空飞行后着陆时，其续航时间为10天7小时47分23秒，创下了国际航天联合会“P”类别下的续航时间最长纪录。