在過去數(shù)年之中，洛馬公司與航空噴氣·洛克達因公司的航空工程師一直在洛馬公司的“臭鼬工廠”開展SR-72的設計工作。首先，該機需要一個組合的推進系統(tǒng)：傳統(tǒng)的現(xiàn)貨渦輪噴氣發(fā)動機可以使飛機從起飛加速至馬赫數(shù)3，而亞燃/超燃沖壓發(fā)動機(雙模態(tài)超燃沖壓發(fā)動機)將完成剩余的加速。為了解決渦噴發(fā)動機工作的極限飛行速度與雙模態(tài)超燃沖壓發(fā)動機起動工作的下限速度之間的鴻溝，工程技術人員開發(fā)了一種組合發(fā)動機，可以工作在三種模態(tài)：在由渦噴動力加速至馬赫數(shù)3之后，雙模態(tài)超燃沖壓發(fā)動機以亞燃模態(tài)將飛機繼續(xù)加速至馬赫數(shù)5，之后再轉換至超燃模態(tài)。
在高超聲速飛行過程中，該機的機體結構將承受極為嚴重的氣動加熱，常規(guī)的鋼材將難以承受。當飛行速度超過馬赫數(shù)5時，氣動摩擦加熱將使飛機表面溫度升至2000華氏度(1093℃)。在此溫度環(huán)境，常規(guī)鋼結構機體將熔化。因此，工程師正在考慮采用復合材料——這與洲際彈道導彈和航天飛機前端使用的高性能碳纖維、陶瓷和金屬混合物相似。此外，任何連接部都必須密封：一旦高超聲速下出現(xiàn)空氣泄漏，涌進的熱量將導致飛機解體(例如“哥倫比亞”航天飛機的事故。)
氣動力特性也是問題。飛機承受的應力會隨著飛機飛行速度的變化而變化。例如，當飛機在亞聲速段加速時，飛機升力中心會后移。但是一旦飛機達到高超聲速段，在飛機前緣阻力作用下，升力中心再次前移。如果升力中心過于接近重心，將導致危險的不穩(wěn)定。飛行器外形必須進行剪裁以適應這些變化，防止出現(xiàn)破壞。
當前已知的、具有可重復性的高速飛行條件下武器投放，速度最快的紀錄由美國空軍YF-12高速截擊機(左)保持，1965-1966年，該機累計進行7次超聲速發(fā)射有動力AIM-47空空導彈(右圖為YF-12截擊機內埋彈艙中的該導彈)的試驗，發(fā)射速度馬赫數(shù)2.2-3.2，其中6次成功(唯一失敗的一次是因為導彈自身動力出現(xiàn)問題)。其中最后一次是在飛行速度馬赫數(shù)3.2、高度22-23千米的條件下完成成功發(fā)射，擊落了一架飛行高度僅152高的JQB-47E靶機。
有效載荷也是一項挑戰(zhàn)。SR-72的具體任務載荷仍處于保密狀態(tài)，很可能相關載荷尚未完成研制。在馬赫數(shù)6的飛行條件下進行圖像情報偵察或完成投彈需要高超的工程技術。飛機完成轉彎需要數(shù)百英里，需要強大的制導計算機建立從所在飛行高度到目標的瞄準線，在馬赫數(shù)6的情況下打開武器艙也是嚴峻的技術挑戰(zhàn)。因此，SR-72將需要能夠在此高速下工作的新型傳感器和武器。
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