轨道轰炸机是天基航天器的一种，主要运行于次轨道或卫星轨道，可携带大当量核弹并受控重返大气层实施核突击。其类型包括部分轨道轰炸系统（FOBS）、多轨道轰炸系统（MOBS）和轨道轰炸系统（OBS），其中FOBS已通过实际验证 。早在20世纪40年代，德国工程师尤金·桑格尔就提出了“银鸟”亚轨道轰炸机的设想 。
苏联研发的FOBS基于“SS-9”导弹改进，整合反推火箭与轰炸平台，发射后进入卫星轨道绕地球不足一周即可再入攻击。该武器采用卫星轨道规避传统反导系统，具备多方向攻击、机动变轨能力，再入阶段仅留3分钟预警窗口，突袭性强 。
中国近年测试的“神龙”空天飞机验证机及“遨天”1号飞行器被外媒视为相关技术探索，其中“神龙”已完成空投测试 。外媒报道称中国已成功研制亚轨道轰炸机，其飞行速度可达20马赫，飞行高度在100至200公里之间，并具备可重复使用能力 。美国X-37B无人飞行器也被推测具备轨道轰炸潜力，有分析称其理论上可装载核弹，并已进行过长达780天的在轨飞行测试 。
轨道轰炸机的发展仍面临载重量、起飞方式及专用弹药等技术挑战。目前，中国和美国都已拥有可长时间在轨飞行的可重复使用轨道飞行器技术 。
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