高速临近空间飞行器特别是高超声速巡航飞行器，作为航空技术与航天技术相结合的产物，兼具航空飞行器和航天运载器的某些特征，同时又与二者有着显著区别。由于高超声速飞行器飞行包线、推进方式和性能要求与传统的航空器和航天器均有明显的不同，致使该类飞行器的总体设计也面临着前所未有的挑战。高超声速飞行器飞行速度范围大，总体设计上多采用发动机/机体一体化设计，涉及多门相互耦合的学科，且设计变量灵敏度高，可行裕度小，设计空间又高度非线性，这些特性都导致高超声速飞行器总体设计面临困难和挑战。
先进推进技术是支撑高速临近空间飞行器实现长时间巡航、远程快速到达和对地精确打击的核心技术。其技术挑战主要表现在火箭发动机必须能长时间点火和可重复使用，吸气式发动机必须长时间可靠工作，组合式发动机必须一体化设计。虽然先进推进技术目前已取得重大进展，但要真正工程应用还有相当大的差距。
高速临近空间飞行器要跨越亚声速、跨声速、超声速甚至高超声速四个阶段，即使在稀薄大气层，气动加热也非常严重。为了保持高的升阻比和良好的气动外形，飞行器外表面各个部件均不允许产生明显烧蚀，否则将直接影响飞行距离和打击精度，这对耐久性热防护和热结构设计提出了苛刻要求。同时，飞行器长时间（可达2h）巡航会带来总加热量大的问题，轻质高效隔热材料成为热防护最为关键的技术之一。从目前来看，轻质高效热防护技术已成为发展高速临近空间飞行器难以逾越的技术瓶颈。
导航、制导与控制（GNC）系统是高速临近空间飞行器稳定飞行、准确命中、顺利完成任务的关键。大范围机动能力、恶劣的飞行环境和特殊的作战应用模式，给高速临近空间飞行器GNC系统提出了更高的要求。主要技术难题包括长时间大机动自主导航、对气动干扰等造成的各种误差具有鲁棒性的新型在线任务规划与精确制导、高动态姿态控制等。
高速临近空间飞行器具有速度快、航程远、突防能力和精确打击能力强等显著特点，备受军事大国的青睐，各种研究和发展计划层出不穷。目前高速临近空间飞行器正向飞行速度更快、飞行距离更远、机动能力更强的方向发展，但必须攻克总体设计、先进推进、热防护、飞行控制等技术难题。可以预见，高速临近空间装备有可能在未来10～15年陆续投入使用，必将成为军事大国打破战略平衡、把握战略主动、打赢高技术战争的新型杀手锏。
