Sterowiec orbitalny lub „sterowiec kosmiczny” to proponowany sposób przenoszenia ładunku z ziemi na niską orbitę okołoziemską bez użycia konwencjonalnej rakiety. Projekt sterowca orbitalnego składa się z trzech etapów, zaprojektowanych do przenoszenia ładunków z Ziemi w kosmos w około tydzień. Chociaż istnieje kilka organizacji pracujących nad stworzeniem takiego statku, koncepcja ta jest najlepiej znana jako część programu o nazwie Airship to Orbit (ATO), przewidzianego przez JP Aerospace, organizację wolontariuszy z siedzibą w Kalifornii, która postrzega siebie jako prywatnego konkurenta NASA. Pomimo entuzjazmu JP Aerospace w stosunku do proponowanego projektu, wielu ekspertów przeprowadzających niezależne analizy twierdziło, że pewne szczegóły są fizycznie niewykonalne.
Pierwszy stopień ATO to konwencjonalny sterowiec wypełniony helem. W kształcie litery V, aby zapewnić aerodynamikę, jest oznaczony jako Ascender. Sterowiec orbitalny wznosi się na około 25 mil (40 km), a następnie dokuje z drugim etapem, stałą platformą z załogą o nazwie Dark Sky Station (DSS).
Podobnie jak Ascender, Stacja Ciemnego Nieba to nadmuchana konstrukcja bez sztywnej skorupy. Pierwszy etap jest zabezpieczony przed wznoszeniem się poza 25 mil (40 km), ponieważ każdy statek powietrzny zdolny do przetrwania wiatru atmosferycznego byłby niestety zbyt ciężki, aby odbyć podróż w kosmos. Stworzono już kilka prototypów stacji Ascender i Dark Sky.
Trzecim etapem ATO jest Orbital Ascender, statek powietrzny/kosmiczny o długości 6,000 1.8 stóp (93 km) zaprojektowany do podróży z DSS do 150 mil (25 km) lub niskiej orbity okołoziemskiej. Chociaż hel jest nadal lżejszy od powietrza z odległości 40 km, efekt ten słabnie i ostatecznie zatrzymuje się, czyniąc statek cięższym niż jego otoczenie. Na 93 milach (150 km) gęstość powietrza wynosi tylko trzy miliardowe gęstości na poziomie morza.
JP Aerospace zaproponowało pokrycie tego masywnego Ascendera panelami słonecznymi i użycie silników jonowych do przyspieszenia statku do około 5 mil na sekundę (8,000 metrów na sekundę), wymaganej prędkości, aby dowolny obiekt osiągnął orbitę. Twierdzono, że proces ten zajmie około pięciu dni.
Niestety, niektóre proste obliczenia pokazują, że silniki jonowe w połączeniu z panelami słonecznymi nie zapewniłyby wystarczającego ciągu, aby rozpędzić masywną powłokę gazu do prędkości wymaganej do wyjścia z atmosfery. Możliwe, że dzięki spalaniu wodoru na pokładzie, stworzeniu projektu sterowca, który składa się podczas wznoszenia, aby stać się bardziej aerodynamicznym, lub dzięki promieniowaniu energii w formie mikrofalowej ze stacji Dark Sky do orbitalnego urządzenia wznoszącego, ten schemat może stać się praktyczny. Alternatywnie, Stacja Ciemnego Nieba może być po prostu wykorzystana jako platforma do wystrzeliwania rakiet chemicznych.
Wiele szczegółów wciąż wymaga dopracowania, aby sterowiec orbitalny był opłacalny. Żaden statek lżejszy od powietrza nie latał jeszcze z prędkością naddźwiękową, przez co wielu ekspertów jest sceptycznie nastawionych do propozycji orbitalnego statku powietrznego.