O dirigível orbital, ou “dirigível espacial”, é um meio proposto de mover carga do solo para uma órbita baixa sem o uso de foguetes convencionais. O projeto de uma aeronave orbital consiste em três estágios, projetados para mover cargas úteis da Terra para o espaço em cerca de uma semana. Embora existam várias organizações trabalhando para criar tal navio, o conceito é mais conhecido como parte de um programa chamado Airship to Orbit (ATO), idealizado pela JP Aerospace, uma organização voluntária com sede na Califórnia que se vê como um competidor privado da NASA. Apesar do entusiasmo da JP Aerospace com o projeto proposto, vários especialistas que fazem análises independentes argumentam que certos detalhes são fisicamente inviáveis.
O primeiro estágio do ATO é um dirigível convencional cheio de hélio. Em forma de V com o propósito de ser aerodinâmico, é rotulado como Ascender. O dirigível orbital ascende a cerca de 25 milhas (40 km), então atraca com o estágio dois, uma plataforma permanente com tripulação chamada Dark Sky Station (DSS).
Como o Ascender, a Dark Sky Station é uma estrutura inflada sem uma casca rígida. O primeiro estágio é impedido de subir além de 25 milhas (40 km) porque qualquer aeronave orbital capaz de sobreviver aos ventos atmosféricos seria, infelizmente, muito pesada para fazer a viagem ao espaço. Vários protótipos do Ascender e da Dark Sky Station já foram criados.
O terceiro estágio do ATO é o Orbital Ascender, uma nave espacial / aérea com 6,000 pés (1.8 km) de comprimento projetada para fazer a viagem do DSS a 93 milhas (150 km), ou órbita baixa da Terra. Embora o hélio ainda seja mais leve que o ar a 25 milhas (40 km), esse efeito diminui e, eventualmente, para, tornando a nave mais pesada do que seus arredores. A 93 milhas (150 km), a densidade do ar é apenas três bilionésimos do que é ao nível do mar.
A JP Aerospace propôs cobrir este enorme Ascender em painéis solares e usar motores iônicos para acelerar a nave a aproximadamente 5 milhas por segundo (8,000 metros por segundo), a velocidade necessária para qualquer objeto alcançar a órbita. Alegou-se que esse processo levaria cerca de cinco dias.
Infelizmente, alguns cálculos simples mostram que os motores iônicos acoplados aos painéis solares não forneceriam empuxo suficiente para impulsionar o enorme envelope de gás à velocidade necessária para a saída atmosférica. Possivelmente queimando hidrogênio a bordo, criando um design de dirigível que se dobra durante a subida para se tornar mais aerodinâmico, ou irradiando energia em forma de micro-ondas da Estação Dark Sky para o Orbital Ascender, esse esquema poderia se tornar prático. Alternativamente, a Dark Sky Station pode simplesmente ser usada como uma plataforma para o lançamento de foguetes químicos.
Muitos detalhes ainda precisam ser trabalhados para tornar o dirigível orbital viável. Nenhuma nave mais leve que o ar ainda voou em velocidades hipersônicas, o que leva muitos especialistas a duvidar das propostas de uma aeronave orbital.