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　　1981年，航天飞机试飞成功人类在掌握了一次性使用的宇宙飞船技术之后，就追求像在大气层中多次飞行的飞机一样，能在太空重复使用的航天器，以降低发射成本和便于载人航天。20世纪70年代至80年代，美国、前苏联、法国、日本等国都相继研制航天飞机。
　　1972年初，美国国会批准发展航天飞机空间运输系统的方案后，美国航宇局组织全国有关单位和专家，经过9年多的科研攻关、花费100亿美元后，终于催生了航天飞机的问世。
　　1981年4月12日，世界上第一架航天飞机“哥伦比亚”号试飞成功。它从佛罗里达州肯尼迪航天中心起飞，在航天员的驾驶下，进入距地面277千米的近地圆形轨道，环绕地球飞行了36圈，航程160.9万千米，历时54小时30分钟，最后降落在加利福尼亚州爱德华兹空军基地。到1982年11月11日，“哥伦比亚”号开始执行商业搭载任务。
　　继“哥伦比亚”号之后，1983年，“挑战者”号首飞；1984年，“发现”号首飞；1985年，“阿特兰蒂斯”号首飞：1992年，“奋进”号首飞。这些造价高达20亿美元的航天飞器，奠定了美国在航天领域遥遥领先的优势。前苏联虽然也研制了“暴风雪”号航天飞机，但它仅于1988年11月15日进行了一次未载人的绕地飞行试验后，便停飞。因此，世界上只有美国真正拥有并投入使用了航天飞机。
　　
　　人类建造的最复杂的机器
　　
　　航天飞机这种载人航天器最大的特点是可以重复使用，它突破了航天器一次性使用的惯例。它综合运用了火箭、航天器和飞机技术，既能载人载物升空入轨，绕地球进行航天飞行，又能像飞机一样下滑和着陆。因此，是当今人类建造的最先进、最复杂的机器。
　　美国的航天飞机主要由可多次使用的轨道器、一对可回收重复使用的固体火箭助推器、2个不可回收的推进剂外挂贮箱3部分组装而成，起飞总质量为2022吨。飞机全长56米，高23米，通常可乘坐6～8人，飞行时间为1周至1个月。
　　轨道器是进入轨道飞行和返回地球的装置，形同飞机，长37.2米，翼展为23.8米，重68吨。从前至后分为驾驶舱、货舱、动力服务舱，能把29.5吨的有效载荷送上18～1100千米的绕地轨道，并可以从太空运回14.5吨的重物。后舱尾部装有3台液氢液氧主发动机，它们每次工作约8.5分钟，一般需要使用50次以上，而轨道器其他部分则要使用100次以上。轨道器是整个航天飞机系统中，设计最困难、结构最复杂，也是遇到问题最多的部分。
　　挂在贮箱两旁的固体火箭助推器，每个高45米，重585吨，由4节直径为3.66米的柱形无缝钢管筒连接而成，里面浇贮着固体推进剂。发射时，它们与轨道器的3台主发动机一起点火，总推力约3140吨。两个固体助推器为轨道器的垂直起飞和冲出大气层提供78％的推力，可使用20次以上。它们在点火工作2分钟后，同时关机并与轨道器和贮箱分离，然后靠降落伞徐徐降落在大西洋海面上，回收后，重新充填推进剂便可再用。
　　推进剂外挂贮箱直径8.4米，高47米，是一个庞大的固体柱，用铝合金制造。它分为液氢箱和液氧箱，依次装有100吨液氢和600吨液氧，同时分别为3台主发动机提供推进剂。航天飞机起飞约8.5分钟后，3台主发动机关机，贮箱即与轨道器分离，成了太空垃圾，随即坠入大气层烧毁。轨道器在自身携带的变轨发动机、姿态控制发动机的推动下，进入预定轨道运行。正因为推进剂外挂贮箱是一次性使用的，因此称航天飞机为部分重复使用的航天器。
　　由于航天飞机系统设计复杂、技术难度大、零部件易耗损，故而返回地面以后要进行大量维修工作，致使每架发射时间的间隔拉长，每年仅能进行大约5架次的发射。
　　
　　创造载人航天的奇迹
　　
　　航天飞机兼有运载火箭、人造卫星、载人和货运飞船甚至小型空间站等多种功能。它能在太空直接释放近地轨道卫星，可捕获并修理发生故障的近地轨道航天器；还可以回收出了问题的近地轨道卫星，并将其送回地面修理；可将高轨道卫星送入近地轨道，然后启动卫星本身携带的火箭发动机让它进入高轨道：可在近地轨道释放深空探测器，使其依靠本身携有的动力装置进入预定轨道远航；载人数量多，单独飞行时间长，能运载多种精密仪器，在太空开展科学试验；可将太空舱段送入近地轨道，并进行在轨组装：可与空间站对接进行联袂飞行，接送航天员和各种物品等。
　　美国的5架航天飞机的轮番飞行取得了突出的成就，共向近地空间运送了约150万千克的物资和700多人次的乘客，是运载航天员进入太空人次最多的航天设备。航天员共计在航天飞机上释放和回收了上百颗不同用途的人造卫星，并向地球轨道发射了哈勃、康普顿、钱德拉3座太空望远镜，还向深空发射了“麦哲伦”号金星探测器、“伽利略”号木星探测器、“尤利西斯”号太阳探测器等，并且在太空多次维修哈勃望远镜，还进行了绳系卫星的发电试验。
　　它们多次运载组件飞赴建设中的国际空间站，使空间站具备了航天员长期居住和工作的基本条件。正因为航天飞机铸就了多项太空辉煌，因而被美国视为继“阿波罗”飞船载人登月之后，空间时代的第二个里程碑。
　　
　　航天飞机的悲情时刻
　　
　　美国5架航天飞机中，至今仍健在的仅有3架。“挑战者”号与“哥伦比亚”号分别于1986年、2003年“遇难牺牲”。1986年1月28日，“挑战者”号在佛罗里达州肯尼迪航天中心发射进行第10次飞行。开始时一切正常，可在升空73秒后，突然一声爆炸，航天飞机瞬间被炸成碎片，7名航天员也一同殒命。这一空前悲剧在世界航天史上留下了沉痛的烙印。
　　经过仔细调查分析，是由于航天飞机右侧固体火箭助推器连接处的合成橡胶O型密封圈性能失效，而导致了“挑战者”号爆炸。这种合成橡胶O型密封圈因设计上存在缺陷，再加上当日发射环境气温过低，因此没有起到应有作用，致使助推器2节钢套接口处出现裂缝，固体推进剂燃烧时产生的火焰漏射出来。温度高达3000℃以上的火焰越窜越长，最后加热了推进剂外挂贮箱，而引起液氢箱和液氧箱剧烈爆炸。 　 17年后，悲剧又再次重演。2003年2月1日，“哥伦比亚”号在完成第28次飞行的返回地面归途中，在德克萨斯州上空63千米处突然解体，7名航天员全部遇难。令人痛心和遗憾的是，事故发生在它遨游太空16个昼夜后，离回家仅差16分钟的那一刻。后经调查分析认为，造成“哥伦比亚”号失事的直接原因是该机1月16日发射升空81.7秒后，推进剂外挂贮箱表面脱落一块泡沫材料。这块材料撞击导致航天飞机左翼前缘的热保护系统形成裂孔。“哥伦比亚”号在太空运行时，几乎处于真空状态，裂孔无关大碍，可在返回途中再进入大气层时，由于摩擦产生的气动加热，使受损部位温度高达1300℃～1600℃，造成内部线路和金属部件熔化，终致结构破坏而解体。
　　接受了“哥伦比亚”号失事的教训，美国航天专家耗资13亿美元，对外挂贮箱的泡沫材料做了改进，但成效不大，这在此后的3架航天飞机的飞行中都表现了出来。
　　
　　退役前的“最后一飞”
　　
　　5航架天飞机中，每一架都功勋累累，但“发现”号更是其中的佼佼者，是美国航天飞机中执行任务最多、将航天员送上太空最多一架。共执行了39次升空任务，是5架航天飞机中出勤率最高的，堪称航天飞机中的“劳模”。 　 在此前的38次飞行中，“发现”号总计运送过246名航天员进入太空，共在太空度过了352个日夜，环绕地球运行5 628圈，总飞行里程近2，3亿千米，相当于往返月球288次。它曾在太空释放多种航天器，是第一个与俄罗斯“和平”号空间站实现对接的航天飞机，还给国际空间站运送过日本“希望”号实验舱主体部分等构件。尤为突出的是，在“挑战者”号和“哥伦比亚”号失事后最困难的日子里，都是“发现”号默默担起了重振航天飞机威名的重任。
　　2011年2月26日，“发现”号再次启程，给国际空间站送去的莱昂纳多永久性多功能舱，以及1个外置平台、1个备用冷却装置、“机器人航天员2号”以及其他补给。与国际空间站实现对接后，两名机组航天员于2011年2月28日出站，进行了约6个半小时的第一次太空行走。他们接通了一段电源延长线，为空间站移动机械臂额外配了一对轨道，并清洗了站外的一部摄像机。3月1日，机组两名航天员己顺利地将重达14吨的永久性多功能舱，与站上“团结”号节点舱成功对接，安装在国际空间站面向地球一侧。
　　至此，空间站美国部分的建设也告一段落。3月2日，机组两名航天员进行了第二次太空行走，完成了一系列的预定任务。“发现”号于3月9日返回地面后，其总计滞留太空时间达365天，恰好一年之久，随后它将被送往位于华盛顿的国家航空航天博物馆，在那里“安度晚年”。“奋进”号和“阿特兰蒂斯”号也将计划于2011年4月份和6月份发射升空，进行最后一次飞行。
　　
　　“航天飞机”或成历史
　　
　　美国“发现号”航天飞机在完成了最后一次空间任务后，在美国东部时间2011年3月9日中午在佛罗里达州卡纳维拉尔角的肯尼迪航天中心安全降落。从此，这架美国机龄最长的航天飞机结束了其太空历史使命，将被送入华盛顿的宇航博物馆供人瞻仰。
　　美国航天飞机推进剂外挂贮箱表面包裹的泡沫塑料绝热材料，是为保证液氢和液氧的低温必不可少的保护层。由于航天飞机发射时这种材料脱落问题尚未彻底解决，极易撞坏轨道器外表面的隔热层，致使其在返回途中有可能出现危险情况，故而美国宇航局已经决定，在2011年建成国际空间站之后，让已有的航天飞机全部退役。尽管如此，它的多项先进技术还会在未来一段时间发挥重要作用。　代替航天飞机的载人航天器，将是新一代可重复使用的乘员探索飞行器“猎户座”。这原本是美航宇局根据美国总统布什2004年1月14日提出的，最早于2015年载人重返月球、2020年左右建立月球基地、2030年后派人登陆火星的进军太空计划而研究的载人航天器，在载人登月球之前，先作为近地轨道载人航天器使用。“猎户座”飞船首次飞抵国际空间站的时间定在2014年。
　　“猎户座”飞船将用美国新研制的“战神1号”运载火箭发射到近地轨道运行，并能与国际空间站进行对接，完成太空飞行任务后再返回地面。它一次可以运载6名航天员，完全可以完成航天飞机飞往国际空间站执行的一切任务，比俄罗斯现在的“联盟TMA”号载人飞船要大得多，且在近地轨道上飞行也比航天飞机更为安全。
　　2010年初，美国总统奥巴马虽然停止了航天员重返月球计划，而改为载人先登陆小行星和火星，但并未改变“猎户座”飞赴国际空间站的安排。除“猎户座”外，还有正在研制的其他飞船准备飞往国际空间站，但时间要更晚一