Normalmente uno se imagina un observatorio como un edificio con un domo en su parte superior conteniendo un telescopio. Este concepto ha sido renovado en el último cuarto del siglo veinte con la llegada de observatorios espaciales, como el telescopio espacial Hubble, el satélite infrarrojo IRAS o el observatorio Compton de rayos gamma. Una de las principales motivaciones para colocar instrumentos de astronómicos en órbita es sin duda poder estudiar los distintos tipos de radiación que la atmósfera terrestre absorbe, notablemente la luz infrarroja y ultravioleta, y los rayos X y gamma. Aunque los satélites proveen un método efectivo de observación fuera de la atmósfera, no son el único. Globos aereostáticos, cohetes y hasta aviones también han sido empleados para observaciones astronómicas. El mas notable ejemplo es el Kuiper Airborne Observatory.
Por mas de veinte años el Kuiper fue el único observatorio aereonaútico operado en forma continua a servicio de la comunidad científica mundial. Su antecesor, el Learjet Observatory de la NASA, fue un avión militar que en 1968 llevó un telescopio de 30 centímetros de diámetro a una altura de 15 kilómetros. El Learjet demostró la viabilidad de construir un observatorio aereonáutico, y con él poder estudiar sistemática la luz infrarroja con longitudes de onda entre 1 y 1000 micras, la mayor parte de la cual es absorbida por la atmósfera terrestre. En enero de 1974 el observatorio aereonáutico Kuiper, también operado por la NASA, realizó su primer vuelo. Este observatorio consiste en un telescopio de 91 centímetros de diámetro montado en un avión Lockheed C-141, el cual requirió varias modificaciones. Se computarizó el control del apuntado y guiado del telescopio para poder estudiar un mismo objeto celeste por varias horas. El Kuiper volaba normalmente con una tripulación de tres, además de siete científicos, un operador de telescopio, un encargado del guiado y un operador para la computadora. Volando a unos 13,000 metros de altura, el Kuiper estaba arriba del 85% de la atmósfera terrestre, y del 99% del vapor de agua atmosférico, principal absorbedor de radiación infrarroja. La mayor parte de los vuelos del Kuiper partieron de California, y en algunas ocasiones de Australia, Hawaii o Japón. El uso de giroscopios y técnicas especiales de vuelo permitieron aumentar la estabilidad del sistema y reducir la turbulencia enfrente del telescopio.
A pesar de que la NASA dejó de operarlo en octubre de 1995, al término de su vida útil y por falta de financiamiento, el observatorio Kuiper fue tremendamente exitoso. Tal vez el descubrimiento mas famoso fue el de los anillos de Urano, realizado el 10 de marzo de 1977, al estudiar la ocultación de una estrella por dicho planeta. El Kuiper, además de mostrar sin lugar a dudas la presencia de una atmósfera en Plutón, permitió el estudio de multitudes de galaxias en el infrarrojo lejano. Espectros de los cometas Halley y Wilson obtenidos a bordo del Kuiper mostraron la presencia de vapor de agua en estos objetos, formados en las primeras etapas del sistema solar. El Kuiper fue una importante herramienta tanto en el estudio de la formación estelar, como del fin de la evolución estelar, con sus observaciones de la famosa supernova SN 1987A, en las cuales detectó la presencia de elementos pesados, notablemente hierro, niquel y cobalto, recién formados en la explosión de supernova. Los datos del Kuiper dieron lugar a varios centenares de artículos científicos.
Basados en el éxito del Kuiper, la NASA unió fuerzas con la agencia espacial alemana DLR en el proyecto SOFIA (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy). SOFIA consiste en un telescopio con un espejo primario de 2.5 metros de diámetro a bordo de un avión boeing 747-SP. Adquirido por la NASA en 1997, este avión fue empleado para vuelos comercial por las compañias PANAM y United Airlines, desde 1977 hasta su descontinuación en diciembre de 1995. Al igual que el Kuiper, SOFIA está diseñado para funcionar por veinte años, estando su primer vuelo programado para marzo de 2001. SOFIA contará inicialmente con cuatro instrumentos que le permitiran realizar observaciones no solo en todo el rango de radiación infrarroja sino también en ondas milimétricas. Los objetivos científicos de SOFIA, particularmente el estudio de las regiones de formación estelar en nuestra galaxia y en galaxias lejanas, tendran mucho en común con las del Gran Telescopio Milimétrico, principal proyecto astronómico de México y América Latina, que deberá ver su primera luz con pocos meses de diferencia.