Το τροχιακό αερόπλοιο, ή «διαστημικό blimp», είναι ένα προτεινόμενο μέσο μεταφοράς φορτίου από το έδαφος στη χαμηλή τροχιά της γης χωρίς τη χρήση συμβατικών πυραύλων. Ο σχεδιασμός ενός τροχιακού αερόπλοιου αποτελείται από τρία στάδια, σχεδιασμένα για να μεταφέρουν ωφέλιμα φορτία από τη γη στο διάστημα σε περίπου μία εβδομάδα. Αν και υπάρχουν αρκετοί οργανισμοί που εργάζονται για τη δημιουργία ενός τέτοιου πλοίου, η ιδέα είναι περισσότερο γνωστή ως μέρος ενός προγράμματος που ονομάζεται Airship to Orbit (ATO), που οραματίστηκε η JP Aerospace, μια εθελοντική οργάνωση με έδρα την Καλιφόρνια που βλέπει τον εαυτό της ως ιδιωτικό ανταγωνιστή της NASA. Παρά τον ενθουσιασμό της JP Aerospace για τον προτεινόμενο σχεδιασμό τους, αρκετοί ειδικοί που κάνουν ανεξάρτητες αναλύσεις έχουν υποστηρίξει ότι ορισμένες λεπτομέρειες είναι φυσικά μη εφαρμόσιμες.
Το πρώτο στάδιο του ATO είναι ένα συμβατικό αερόπλοιο γεμάτο με ήλιο. Σε σχήμα V για να είναι αεροδυναμικό, φέρει την ετικέτα Ascender. Το τροχιακό αερόπλοιο ανεβαίνει σε περίπου 25 μίλια (40 χλμ.) και στη συνέχεια προσγειώνεται με το δεύτερο στάδιο, μια μόνιμη πλατφόρμα με πλήρωμα που ονομάζεται Σταθμός Dark Sky (DSS).
Όπως το Ascender, ο Dark Sky Station είναι μια φουσκωμένη δομή χωρίς άκαμπτο κέλυφος. Το πρώτο στάδιο δεν επιτρέπεται να ανέβει πέρα από τα 25 μίλια (40 χλμ.) επειδή οποιοδήποτε τροχιακό αερόπλοιο ικανό να επιβιώσει από ατμοσφαιρικούς ανέμους θα ήταν δυστυχώς πολύ βαρύ για να κάνει το ταξίδι στο διάστημα. Έχουν ήδη δημιουργηθεί αρκετά πρωτότυπα τόσο του Ascender όσο και του Dark Sky Station.
Το τρίτο στάδιο του ATO είναι το Orbital Ascender, ένα αεροσκάφος μήκους 6,000 ποδιών (1.8 km) που έχει σχεδιαστεί για να κάνει το ταξίδι από το DSS στα 93 μίλια (150 km) ή σε χαμηλή τροχιά της Γης. Αν και το ήλιο είναι ακόμα ελαφρύτερο από τον αέρα στα 25 μίλια (40 χιλιόμετρα), αυτό το φαινόμενο μειώνεται και τελικά σταματά, καθιστώντας το σκάφος βαρύτερο από το περιβάλλον του. Στα 93 μίλια (150 χιλιόμετρα) η πυκνότητα του αέρα είναι μόλις τρία δισεκατομμυριοστά από ό, τι είναι στο επίπεδο της θάλασσας.
Η JP Aerospace έχει προτείνει την κάλυψη αυτού του τεράστιου Ascender σε ηλιακούς συλλέκτες και τη χρήση κινητήρων ιόντων για την επιτάχυνση του σκάφους σε περίπου 5 μίλια ανά δευτερόλεπτο (8,000 μέτρα ανά δευτερόλεπτο), την απαιτούμενη ταχύτητα για να φτάσει σε τροχιά οποιοδήποτε αντικείμενο. Έχει υποστηριχθεί ότι αυτή η διαδικασία θα διαρκέσει περίπου πέντε ημέρες.
Δυστυχώς, μερικοί απλοί υπολογισμοί δείχνουν ότι οι κινητήρες ιόντων σε συνδυασμό με ηλιακούς συλλέκτες δεν θα παρέχουν επαρκή ώθηση για να ωθήσουν το τεράστιο περίβλημα του αερίου στην ταχύτητα που απαιτείται για την ατμοσφαιρική έξοδο. Πιθανώς με την καύση του υδρογόνου επί του σκάφους, τη δημιουργία ενός σχεδίου με πτερύγια που αναδιπλώνεται κατά την ανάβαση για να γίνει πιο αεροδυναμικό ή με τη μετάδοση ισχύος σε μορφή μικροκυμάτων από τον σταθμό Dark Sky στο Orbital Ascender, αυτό το σχέδιο θα μπορούσε να γίνει πρακτικό. Εναλλακτικά, ο Σταθμός Dark Sky μπορεί απλώς να χρησιμοποιηθεί ως πλατφόρμα για την εκτόξευση χημικών πυραύλων.
Πολλές λεπτομέρειες πρέπει ακόμη να επεξεργαστούν για να καταστεί βιώσιμο το τροχιακό αερόπλοιο. Κανένα ελαφρύτερο από τον αέρα σκάφος δεν έχει ακόμη πετάξει με υπερηχητικές ταχύτητες, με αποτέλεσμα πολλοί ειδικοί να είναι δύσπιστοι στις προτάσεις ενός τροχιακού αερόπλοιου.