Orbitalna zračna ladja ali “vesoljska zračnica” je predlagano sredstvo za premikanje tovora s tal v nizko zemeljsko orbito brez uporabe običajnih raketnih tehnik. Zasnova orbitalne zračne ladje je sestavljena iz treh stopenj, zasnovanih za premikanje tovora z zemlje v vesolje v približno enem tednu. Čeprav obstaja več organizacij, ki si prizadevajo za ustvarjanje takšne ladje, je koncept najbolj znan del programa, imenovanega Airship to Orbit (ATO), ki ga je zamislil JP Aerospace, kalifornijska prostovoljska organizacija, ki se vidi kot zasebna tekmica NASA. Kljub navdušenju JP Aerospace nad njihovo predlagano zasnovo so številni strokovnjaki, ki izvajajo neodvisne analize, trdili, da so nekatere podrobnosti fizično nedelljive.
Prva stopnja ATO je običajna zračna ladja, napolnjena s helijem. V obliki črke V zaradi aerodinamičnosti je označen kot Ascender. Orbitalna zračna ladja se dvigne na približno 25 milj (40 km), nato pa pristane na drugo stopnjo, stalno platformo s posadko, imenovano Dark Sky Station (DSS).
Tako kot Ascender je postaja Dark Sky napihnjena struktura brez toge lupine. Prva stopnja je onemogočena, da bi se dvignila več kot 25 milj (40 km), ker bi bila vsaka orbitalna zračna ladja, ki je sposobna preživeti atmosferske vetrove, na žalost pretežka za potovanje v vesolje. Ustvarjenih je bilo že več prototipov tako Ascender kot Dark Sky Station.
Tretja stopnja ATO je Orbital Ascender, 6,000 čevljev (1.8 km) dolga zračna/vesoljska ladja, zasnovana za potovanje od DSS do 93 milj (150 km) ali nizke zemeljske orbite. Čeprav je helij še vedno lažji od zraka na 25 milj (40 km), se ta učinek zmanjša in sčasoma ustavi, zaradi česar je plovilo težje od okolice. Na 93 miljah (150 km) je gostota zraka le tri milijardenke tiste na morski gladini.
JP Aerospace je predlagal pokritje tega ogromnega Ascenderja s sončnimi paneli in uporabo ionskih motorjev za pospešitev plovila na približno 5 milj na sekundo (8,000 metrov na sekundo), kar je zahtevana hitrost, da kateri koli predmet doseže orbito. Ta postopek naj bi trajal približno pet dni.
Na žalost nekateri preprosti izračuni kažejo, da ionski motorji skupaj s sončnimi paneli ne bi zagotovili zadostnega potiska, da bi pognali masivni ovoj plina do hitrosti, ki je potrebna za izstop iz atmosfere. Morda bi ta shema postala praktična z zgorevanjem vodika na krovu, ustvarjanjem zasnove blimp, ki se med vzponom zloži, da postane bolj aerodinamična, ali z izžarevanjem moči v mikrovalovni obliki od postaje Dark Sky do Orbital Ascender. Druga možnost je, da se postaja Dark Sky preprosto uporabi kot platforma za izstrelitev kemičnih raket.
Veliko podrobnosti je treba še izdelati, da bo orbitalna zračna ladja sposobna preživeti. Nobeno plovilo, lažje od zraka, še ni letelo s hiperzvočno hitrostjo, zaradi česar so številni strokovnjaki skeptični glede predlogov orbitalne zračne ladje.