二段式宇宙輸送機
多くのTSTOの1段目はVTOLまたはVTOHL航空機として運用される。DC-XはVTOLとして運用できるように設計されている。DH-1(英語版)のような他の設計概念では"ポップアップ/ポップダウン"アプローチが採られる。約60 km以上で射場へ戻る。DH-1(英語版)の提案では上段は実質的に'ほぼ単段式宇宙輸送機'でより質量分率が高効率で信頼性が最適化される。
大型航空機に上段を搭載し、空中で分離する。このような用途に使える大型の既存ジェット機は亜音速のものに限られるため、下段で達成できる高度や速度は小さく、上段にはSSTOに近い性能が要求される。
かつてイギリスで構想されていたHOTOLと呼ばれるSSTOが、開発を容易にするためAn-225輸送機から空中発射する形態に改められ、TSTO化された(暫定HOTOLと呼ばれた)ことがあったが、後に計画全体が中止された。旧ソビエト連邦でもMAKS・スペースプレーンが構想された。
この構成の利点は、離陸時には単なる「大きな貨物を搭載したジェット輸送機」に過ぎず、通常の空港から離陸できる点である。このため現在は、上段に使い捨てロケットを使用した、低コストの小型衛星打ち上げ機として実用化されつつある。
機体が2機構成となり、整備の手間が倍増する。
着陸後、再発進するために、2機を結合する作業が必要になる。
下段は衛星軌道に乗らないため、離陸地点から遠く離れた場所に着陸するような飛行計画となった場合には、離陸地点まで戻る面倒が生じる。