人类成功登上月球位于外挂燃料箱两侧的两枚固体火箭助推器好似两枝削尖的铅笔。它的直径为3.7米，高是45.5米，每枚可装50万千克固体推进剂，能为航天飞机提供80％的起飞推力。推进剂用完后，助推器的壳体与航天飞机分离，依靠三具大型降落伞降落在大西洋里，回收后重新装填燃料以备再次使用。助推器可重复使用20次左右。
最复杂的部分就是航天飞机的轨道器了。这种犹如一支大白蛾的飞行器堪称航天技术的杰作。它的机身全长37米，翼展24米，高17米，自重6.8万千克，可以重复使用100次。
整个轨道器分为3部分。机头内是分上下两层的驾驶舱和生活舱，可供3～7名宇航员连续工作和生活7～30天，机身中段是一个长18.3米，直径4.6米的货舱，它可以把近3万千克的卫星和科学仪器送上地球轨道，或者把1.5万千克重的载荷带回地球。机身尾部是3台可以重复使用50次以上的主发动机。为了防止再入大气层时的气动力加热破坏机身结构，轨道器铝合金的蒙皮上贴有30000多块防热瓦。这些防热瓦是特制的，厚1～5英寸，面积15~20平方厘米。用来粘接防热瓦的黏合剂也是用特殊原料制成的，一旦粘上去就很难把它们再揭下来。可是话虽这么说，在“哥伦比亚”号的首次飞行中，仍有十几块防热瓦掉了下来，幸好不是关键部位。粘上防热瓦的轨道器就如同穿上了一件坚固的铠甲，即使返回大气层时气动力加热达到14000℃也能安然无恙。
1970年3月，在“阿波罗”登月成功后，尼克松总统发表声明，他倾向于建立一项长远的空间计划，明确指出要把航天飞机与空间站的计划作为长远的发展目标，在航天飞机研制出来之前不要建立空间站，也不用像“阿波罗”那样用更多的钱来从事空间发展计划。这样，就为美国的航天技术发展定下了基调，把原来只想作为支撑庞大空间计划的运输工具的航天飞机，变成了NASA近期的重点发展项目了。
美国发展航天飞机的总体方案，经过了多次变动，又经过反复论证比较，最后才确定为今天人们所见到的这个样子。最初是建立在“能飞回”的设计指导思想基础之上的，整个航天飞机分为两级，每一级都载人，都能像飞机那样水平着陆。第一级要有很大的火箭推动力，且有机翼，把第二级（即进入太空的轨道器）背在背上，一起穿过大气层后，由第二级靠自己的动力继续飞向太空执行任务，然后各自返回地面。
这种两级结构，完全可以重复使用的设计方案反映了设计研制要遵循的“定期地、经济地进入空间”的最佳设想。但是，这种方案要把第一级的推力搞得很大，第二级的外形也很大，所需的研制费就不“经济”了，估计需要投资100亿～130亿美元，因此被放弃了。
第二次的设计方案是取消航天飞机内部的推进剂贮箱，把推进剂装在一个简单的、一次性使用的外贮箱内。这种方案的优点在于轨道飞行器（航天飞机机体）外形小，价格便宜，性能也不会受到多大影响。
第三种设计方案就是用“土星-5”型大推力火箭作第一级发射动力，或使用其他可回收的燃体燃料火箭和一次性使用的固体火箭等等。这些方案被认为可靠性差、把握不大也被放弃了。
经过反复比较，最后决定发展一个由三部分组成的航天器系统——即轨道器（航天飞机机体）、一次性使用的外贮箱和两个可回收的固体火箭推进器。这样，就保留了“可回收性”，使3大部件中的两个可以回收，又可大大减少把有效载荷送入轨道的费用，就是说这是当时认为最佳的效费比方案。据NASA专家们于1972年初估算，研制和试验5个轨道器的航天飞机系统要花费约62亿美元，只是第一次设计方案的一半。这个方案于1972年3月经国会批准最后确定下来。
1972年8月，美国NASA分别与制造商签订了研制合同，并将整个计划的管理工作分派给3个航天中心，即约翰逊航天中心、马歇尔航天中心和肯尼迪航天中心。
在整个20世纪70年代，NASA经历了经费困难的时期，因此把原计划的5架航天飞机减少到4架，并使首次试验型航天飞机的试飞推迟了两年多。
随后，就正式设置了航天飞机发展办公室，1974年开始研制“企业”号验证机。1974年6月，洛克韦尔公司航天分公司在加利福尼亚棕榈谷空军的42号车间里开始总装第一架全尺寸轨道器。1976年9月17日，即航天飞机被正式批准研制的4年零9个月后，在管乐队吹奏的电视片《星际航行》的主题乐曲声中，第一架轨道器迎着阳光，缓缓地驶出厂房，展现在人们面前。
第一架轨道器命名为“创业”号。这个命名还引起过一场小小的争论。起初，宇航局打算沿用历来命名航天器的传统，起个能表达爱国热情的名字，于是建议将这架轨道器取名为“建设”号。可是很多人并不满意这个名字，特别是电视片《星际航行》的那些热情观众，他们的10万封信像雪片似的寄给美国总统卡特。就这样，第一架轨道器最后被定名为“创业”号。它是《星际航行》中一艘著名宇宙飞船的名字。
轨道器是造出来了，可是它能否在大气层中安全滑翔还是个令人担忧的问题。于是，宇航局的专家们想出了一个绝妙的办法。他们用一架经过改装的“波音747”大型客机将轨道器背到空中，然后两机分离，由轨道器单独滑翔到地面。
到1977年开始对“企业”号航天飞机验证机进行了一系列没有装轨道飞行所需的发动机的试飞，特别检查了航天飞机所必需的精确无动力着陆时的性能，最后，试飞员和科学家们一致认为航天飞机的设计是成功的，可以进行实用型的试飞。
在1977~1980年期间，美国一面进行“企业”号试飞，一面对首架实用型“哥伦比亚”号航天飞机的外贮箱和固体火箭助推器、主发动机及机载设备进行了全面的、系统的各种试验。
在经过多次双机不分离的背负式试验取得成功之后，1977年8月12日早晨，“波音747”背着“创业”号又一次升到了7300米的高空。随着3根支撑装配杆中爆炸螺栓的引爆，“创业”号与“波音747”分离，开始进行第一次单独飞行。经过5分钟自由飞行，“创业”号平稳地降落在爱德华兹空军基地的跑道上。“创业”号的这次飞行有力地证明，轨道器完全能够像普通飞机那样在空中滑翔，至此，剩下的问题就是航天飞机的首次太空飞行了。
到1981年初，航天飞机达到了可以进行轨道飞行试验的阶段。整个试飞计划是经过精心安排的，原计划要试飞6次，后削减为4次。从发射起飞场地的选择——肯尼迪航天中心，到飞行结束的着陆点——爱德华兹空军基地，还包括1000多项试验和数据收集程序等，都是很科学、稳妥而合理的，为整个试飞成功奠定了基础。终于，在1981年4月12日，耐人寻味的是，正巧是20年前，苏联航天员加加林第一次上天的那一天，美国东部时间上午7时03秒，在聚集于卡纳维拉尔角百万观众的欢呼声中，“哥伦比亚”号航天飞机呼啸着飞向太空。在以后54小时20分钟的时间里，“哥伦比亚”号环绕地球36圈。4月14日，“哥伦比亚”号安全地再入大气层，平稳地降落在加利福尼亚爱德华兹空军基地的跑道上。
从此，世界上第一种可重复使用的航天器诞生了！
航天飞机从那以后，“挑战者”号、“发现”号、“阿特兰蒂斯”号也相继陆续出厂，加入了世界最大的航天机队。在1986年1月28日“挑战者”号不幸发生爆炸后，美国又研制了一架改进型的“奋进”号航天飞机，于1992年5月7日首航成功，使美国航天机队仍保持着4架的规模。
到1991年4月，美国国家航空航天局在设计、制造、使用航天飞机方面共计耗资424亿美元，占该局1972~1990年1225亿美元预算总额的34％。尽管耗资如此巨大，但由于航天飞机的发射，从技术、经济和军事、社会等多方面的效益来看，所得到的利益是大大超过这个数字的，它的效费比是非常高的，这正是航天飞机将会长盛不衰继续发展下去的原因所在。
截止1992年7月9日“哥伦比亚”号安全返回着陆，美国宇航局先后已进行了48次载人太空飞行。在这期间，航天飞机做了大量科学试验、抢救航天器、施放和捕捉人造卫星、地星际宇宙飞船和各种探测器等许多奇异而不可取代的特殊任务。
从这48次的重大航天活动记录中，可以看到美国航天飞机发展各个阶段的一般轨迹：
1964年2月——NASA组织科学家和工程师们开展总体论证和发射一重返装置的关键技术研究；
1970年2月——NASA组建航天飞机办公室；
1974年6月——洛克韦尔国际公司开始研制实验型“企业”号；
1976年9月——“企业”号航天飞机制造完毕；
“挑战者”号升空前1977年8月——用波音747飞机改装的“NASA—905”号载机在2.2万米高空把“企业”号投射出去，使其自行返航水平着陆成功；
1981年4月——“哥伦比亚”号进行首次轨道试飞成功，标志着航天飞机时代的开始；
1982年11月——“哥伦比亚”号首次执行卫星发射使命；
1983年4月——在航天飞机上首次生产的太空产品显微乳胶球问世；
1984年4月——宇航员乘坐“挑战者”号航天飞机首次在太空对一颗卫星进行捕获修理和重新发射定位；
1984年10月——女宇航员乘“挑战者”号航天飞机实现了美国第一位女性在太空中单独行走；
1985年6月——再次用航天飞机（“发现”号）发射了3颗通信卫星，施放回收了“斯巴坦-1”号天文探测器；
1985年11月——宇航员乘“阿特兰蒂斯”号航天飞机在发射3颗卫星之后，首次在太空进行结构安装，组装了一个高45英尺的发射塔；
1986年1月——“挑战者”号升空73秒后爆炸，美国航天飞机活动暂停；
1986年6月——调查事故的总统委员会提出9条改进措施；
1988年9月——“发现”号重新发射升空，航天飞机继续飞行；
1989年5月——由航天飞机在太空施放“麦哲伦”号金星探测器；
1990年4月——由“发现”号施放“哈勃”号太空望远镜；
1990年10月——由“发现”号施放“尤里西斯”号太阳极区探测器；
1991年6月——由“哥伦比亚”号再次载欧空局“空间实验室”在太空进行生命科学实验；
1992年5月——最新型“奋进”号航天飞机首航飞行成功，并在太空中回收、修理、施放国际通信卫星组织的一颗重要卫星；
1992年7月——“哥伦比亚”号创造了连续航行14天的最高飞行记录，验证了航天飞机至少可运行两个星期的能力，从而为建造“自由”号航天站奠定了基础。
上述事例，仅是航天飞机重大活动的一部分，但从中也可看到航天飞机的神奇功能了。
从截止1990年底4架航天飞机完成的38次往返天地之间的载人航天任务中看，除了进行在失重和真空环境中的数百项各种科学实验外，还运载和施放了46颗卫星，其中大部分是同步轨道通信卫星，有6颗失败；进行了“星球大战”（SDI）的有关试验；向深空发射成功“麦哲伦”号金星探测器、“伽利略”号木星探测器、“尤里西斯”号太阳探测器、“哈勃”望远镜和巨型天文观测器等。这些航天器的发射、修理和重新施放，都大大扩展了人类的视野，并获得巨大的社会、经济效益。
航天飞机已经做到的和能够做到的各种军事应用活动，完全证明航天飞机是一种不折不扣的从事战略、战术用途的军用机，绝不仅仅是民用和平项目，它所具有的更加完善的机动能力，必将使太空军事争夺更加复杂激烈。由于有了航天飞机，制天权的争夺，已经提上军事航天大国的战略议程。
知识点近地轨道
近地轨道又称低地轨道，是指航天器距离地面高度较低的轨道。近地轨道没有公认的严格定义。一般高度在2000千米以下的近圆形轨道都可以称之为近地轨道。由于近地轨道卫星离地面较近，绝大多数对地观测卫星、测地卫星、空间站以及一些新的通信卫星都在近地轨道飞行。
空间实验室的作用和产生过程
迄今为止，无人卫星和载人实验性空间站，如“天空实验室”和“礼炮”号，都是不能返回地面而重复使用的重型有效载荷。每次发射入轨，经过一段载人飞行实验之后，连同所装载的贵重仪器设备一起被丢弃，或坠入稠密大气层时烧毁，或长久地留在运行轨道上。无疑，它同一次使用的运载火箭一样，也是个巨大的浪费。
为配合可重复使用的空间运输系统——航天飞机，由欧洲空间局负责研制了一种载人的、可重复使用的空间实验装置，叫做空间实验室。空间实验室由航天飞机带到空间，在轨道上运行7～30天的时间，以进行多种空间科学、应用技术和工艺的专门研究。任务完成后，随同航天飞机返回地球，经检修和调整后可重复使用。航天飞机正式使用后所携带的全部有效载荷中，空间实验室将占40％～56％。