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XS-1空天飞机是美国国防部正试图研发一种可以比过去以更高频率快速进入低地球轨道的无人航天器。该种可重复使用的非载人航天器在使用成本、操作方式和可靠性方面将能与飞机相比。
DARPA拟在2014年5月售出XS-1试验性空天飞机的首份设计合同。按计划时间表，XS-1空天飞机将于2017年底首次飞行，并于2018年进行轨道飞行试验。
DARPA于2013年九月首次公布了雄心勃勃的XS-1计划。XS-1计划被认为与“空中发射辅助太空进入”（ALASA）项目互补，ALASA旨在寻求使用传统飞机携带一次性上面级向轨道发射100磅（45千克）的卫星，每次费用少于100万美元。
美国军方24日宣布，已选中波音公司提交的方案研制XS-1可重复使用高超音速空天飞机，为美军提供快速、频繁且低成本进入近地轨道的能力，目标是每天都能发射一次XS-1前往太空部署卫星。当XS-1抵达近地轨道后，它将释放又被称为“太空摆渡车”的一次性使用上面级，这个上面级能把一颗重1360千克的卫星发射至更高的极地轨道。然后，XS-1掉转方向返回地球，像飞机一样水平落地，再经过类似现代飞机一般的维修后，数小时内就能再次发射使用。
试验性太空飞机项目的直接背景是近年来的卫星发射成本困境。目前全球主要卫星运载火箭价格如上图所示。美国长期以来主要使用的是演进式消耗性运载火箭EELV（现改名为国家安全空间发射NSSL）中的AtlasV和DeltaIV火箭，它们高度可靠却又非常昂贵。SpaceX公司虽然已经可以提供中型的Falcon9火箭且每次发射的费用仅为5600万美元，但该火箭尚未获得运载国防承包商的有效载荷的资格。重型猎鹰2018年刚刚首飞成功，距离开始降低发射成本还需要几年的时间。
而且，伴随着发射成本的上升，卫星的设计、制造技术的进步也导致了可更长时间工作的、更昂贵卫星的出现。长时间工作的卫星导致厂商无法摊薄成本，再次推高了发射成本。以GPS卫星为例，目前将单个GPS航天器送入轨道的成本为8亿美元，其中卫星2.5亿美元，发射3亿美元。
试验性太空飞机项目的另一个动因是近年来快速发展的反卫星武器。近年来，随着军事技术的发展和扩散，太空逐渐向军事化方向发展。卫星作为美国军事体系的重要一环，美军对于战时卫星的快速补充需求强烈。传统发射周期漫长的空间运载方式难以满足需求。
2013年DARPA作战技术办公室（TTO）在美国航空航天协会2013年航天大会上首次宣布了“试验性空天飞机”（代号XS-1）的项目。XS-1设计目标如下图所示，综合而言，DARPA制定以下目标是为了发展快速航天发射能力，能够快速发射、回收、组装，从而建立一种新型的例行性航天发射模式。
XS-1计划不是传统的自上而下的计划，相反，DARPA希望美国工业界能就如何满足其想要满足的成本、有效载荷和运营要求提出最佳建议。项目规划时考虑过多种推进、发射、回收设计方案。
2014年，DARPA签发了3份XS-1项目第一阶段初步方案论证合同。除波音公司和与其合作的蓝色起源公司（后改为AerojetRocketdyne公司）外，另两份合同签发给了马斯腾空间系统公司和与其合作的XCOR宇航公司、诺斯罗普格鲁曼公司和与其合作的维珍银河公司。各公司针对合同要求，分别提出了各自的设计方案。
在检查了所有三个团队的第一阶段提交的资料之后，DARPA对波音公司的产品印象深刻，这架被称为“幻影快车”的航天飞机最终使马斯腾空间系统公司和诺斯罗普格鲁曼公司的团队退出了竞争。DARPA在2016年4月发布了第二和第三阶段招标文件，波音公司于2017年5月获得了XS-1项目第二和第三阶段合同。
波音公司获胜合同，主要有以下原因：首先，波音公司有研制航天飞机的经验。波音鬼怪工程公司研制的X-37B小型无人航天飞机，已经成功在轨飞行了多次。其次，DARPA相信波音在“空中发射辅助太空进入”(ALASA)项目下开发的自主飞行中止系统和相关自主飞行技术能用到XS-1上。最后，波音公司有强大的经济实力。此次合同所获的1.46亿美元，显然对于完成这个项目来说远远不够。因此合同规定项目按公私合营方式出资，即波音公司也要承担项目部分费用，估计其份额很高。
波音的“幻影快车”（XS-1）设计性能参数如下表所示，它既不是传统飞机，也不是常规运载工具，而是两者的结合。
在气动布局方面，XS-1采用的是“混合机体”设计，钝头锥外形机体与细长的边条翼、切尖三角翼的组合使其既能承受再入气动加热，又能提供水平着陆所需的足够升力。为了提高升力，其机腹设计接近于一块平板，机身两边向后也以一定曲率延展成丰满横向剖面，整个机体形成了类似机翼一样的半升力体结构。这样不但能提高再入后的升力还能减少机翼面积或降低翼载，从而可以实现更高的再入大气层后机动性能和续航性能。
在XS-1的机翼后缘，设计有全翼展的襟副翼，用于再入大气层阶段对飞机的机动控制。与X-37B不同，为了在机背安装不可重用上面级，XS-1取消了双垂尾，机翼的展弦比也更大，而且加装了翼梢小翼，翼梢小翼后缘有控制舵面，其作用相当于小型垂尾。
在动力方面，XS-1采用AerojetRocketdyne公司研制的AR-22发动机，它是一款分级燃烧发动机，具有两个独立的预燃器，可驱动独立的高压涡轮泵，将从独立的低压涡轮泵接收的液态氧氧化剂和液态氢燃料输送到主燃烧室。该发动机实际上是航天飞机主发动机RS-25的改型，不过改动较少，仅采用了新飞控计算机系统，由早期RS-25版本中遗留的零件改装而成。该发动机能够产生约170097千克的推力，设计可执行55次飞行任务，每10次任务维护一次。
XS-1不可重用上面级（包含有效载荷）计划使用的是AJ26（即俄罗斯NK33）发动机。AJ26发动机实际上是俄罗斯NK-33发动机，NK-33是苏联60年末70年代初设计制造的火箭发动机，用于登月火箭N-1，其单台海平面推力达到了154吨，比冲297（秒），真空推力167吨，比冲331（秒）。NK-33的推重比是当前发动机领域最高的，同时其比冲也达到了很高的数值。Aerojet公司对发动机进行了改装，以使其与美国系统兼容，主要表现在它的喷嘴较长，在高空空气稀薄的环境下工作效率较高，其生的推力和比冲更大。
XS-1其他技术方案还包括：采用先进轻质复合材料低温油箱来储存液氢和液氧；采用复合材料和金属混合的机翼和控制舵面选材方案；采用DARPA此前在ALASA项目中研发的自动飞行终止和自主飞行及操纵技术；采用“易于访问的子系统组件”以方便工程师可以快速取出这些组件并进行维护和修理等。
按照原计划，XS-1项目第二阶段要在2019年前完成技术验证机的设计、试制和测试，其发动机将在地面完成10天开车10次的测试，以为飞行试验做好准备。项目第三阶段预计将在2020年完成10-15次飞行试验。在进行了充分的风险降低测试之后，XS-1最终将在10天时间内连续完成10次试飞，其中开始几次不会携带轨道载荷，且速度控制在5马赫以上，随后将尝试把速度提高到10马赫以上，并最终将900-3000磅轨道载荷送入低地球轨道。
2018年6月，AerojetRocketdyne公司完成了其为XS-1制造的首台AR-22火箭发动机的组装，并于同年夏末开始在斯滕尼斯工厂对发动机开始了一系列的日常点火试验，以证明其有能力支持“幻影快车”预想的高飞行频率。
2018年7月，AerojetRocketdyne公司、波音公司和DARPA宣布已成功完成10天内对AR-22进行10次100秒的点火的测试，其中第十次测试还提前了68分钟。AerojetRocketdyne公司认为这表明该发动机能够完成快速转向，并为用于验证响应发射能力的亚轨道航天器提供所需动力。波音工程发射总监表示，这些测试对“幻影快车”在24小时内重新启动并再次发射意义重大。他特别提到了在发射之间减少发动机干燥时间方面做出的努力，并认为这是实现航天器转变的最大一步。
2018年11月，波音公司宣布已经完成了液氧燃料箱的研制，并已开始生产液氢燃料箱。波音公司透露，通过应用在波音B787客机项目和NASA复合材料低温油箱技术及验证（CCTD）项目中攻克的先进铺丝技术，波音公司也完成了XS-1的液氧油箱的制造，整个油箱比传统采用铝锂合金材料的低温油箱减重了几乎40%。这本来也是这种新材料油箱首次用于航天飞行。
2020年1月22日，波音公司突然宣布即刻退出XS-1项目。2020年1月24日，DARPA也宣布终止XS-1项目。至此，该项目夭折。
截至目前，波音和DARPA均未给出退出和终止项目的原因。有推测称，波音公司的财务困境是其中的一部分。另外可重复使用的航天飞机在努力实现其有效载荷/成本/快速重用目标方面可能还会遇到一些技术问题。例如，XS-1可能太重（机翼结构和相关的热保护系统往往很重且复杂）、搭载效率太低（采用垂直发射，相对滑跑起飞消耗巨大）、并且难以集成等。
尽管XS-1项目遭到终止，但项目中仍然取得了不少成果，未来可能通过别的方式继续延续。例如，通过XS-1项目，DARPA发现凭借现有技术就能支撑达成XS-1项目目标的液体火箭发动机推进系统，这种推进系统仍然具有发展前景，未来DAPRA可能还会继续通过其他项目来支持其后续发展。
随着人类社会、技术、经济的发展，宇宙空间的重要性日益提升，宇宙逐渐成为各国竞相开发的新大陆、新边疆。我国作为后发国家，为更好的、低成本的开发宇宙，研究、思考美国重复使用航天运输系统的发展道路及其经验教训意义重大。