“哥伦比亚”号航天飞机按照预定计划于2003年2月1日返回地球，当航天飞机返回经过大气层时，产生的剧烈磨擦使温度高达1400℃的气流沿着航天飞机左翼的前缘的裂缝进入机体内部，致使机翼和机身融化解体。人们等来的并不是“哥伦比亚”号航天飞机的安全着陆，而是分解成无数碎片坠毁到地面的噩耗，航天飞机上搭载的7名宇航员全部罹难。
“哥伦比亚”号航天飞机失事的当天正值中国农历新年正月初一，这种悲喜交加的瞬间转变，让人们感受到面对航天事故突如其来的震惊和悲痛。人们把关注的目光都投向了太空，尤其对于中国人更怀有一些焦虑和不安，因为2003年，中国人要实现宇航员首次进入太空的目标。
虽然美国“亚特兰蒂斯”号航天飞机和机组人员，早已为3月16日的下一次发射做好了准备，但是美国国家航空航天局（NASA）还是中止了所有载人航天发射计划，其余3架航天飞机预定发射日期被无限期的推迟。与此同时，所有参与国际空间站的成员组织都意识到，“哥伦比亚”号的失事将给国际空间站的建设带来巨大阻碍，最初的设想不得不重新修改。
陷入困境的国际空间站
只有航天飞机可以将国际空间站的大型部件送入太空，然后在太空进行装配。由于航天飞机的功能性强大，各个国家在设计空间站舱段时，没有将动力系统考虑进去，比如美国“命运”号实验舱、欧洲“哥伦布”号实验舱和日本“希望”号实验舱及其增压段和其他国家的节点舱等。而主太阳能电池板、外置试验平台和桁架结构等不规则的组件，更是完全依赖航天飞机的运输和组装，没有航天飞机的支持，这些部件只好原地待命。
俄罗斯的“联盟”号载人飞船和“进步”号货运飞船只能将3名宇航员和约2.5吨的物资送入空间站，不具备运送大型设备的能力。虽然俄罗斯在苏联时期拥有过“和平”号空间站，它是完全独立在苏联的技术和实力上建造的产物。世界上最先进的空间站技术和载人航天技术，已经由美国所掌握，美国负责国际空间站绝大部分组件的设计和制造，同时美国也利用航天飞机掌握了空间站太空装配的大量技术。对于欧洲和日本的实验舱等美国也参与了研制。虽然得到美国人的帮助，但是欧洲和日本必须面对的妥协是允许美国人进入自己的实验舱开展科学研究，美国自己的“命运”号实验舱，则不允许其他国家宇航员进入，并且美国的实验舱要首先发射。
美国在国际空间站上的垄断，使其他国家要想与之合作，就必须承认美国的重要性，产生相当程度上的依赖。如果美国航天飞机无法飞行，国际空间站建设就会暂时中止。
人们最希望的是出现某种转机，让航天飞机尽快恢复对国际空间站的建设工作。2003年10月15日，中国在酒泉卫星发射中心运用“长征二号”F型运载火箭，成功将“神舟”5号载人飞船和首位航天员杨利伟送入太空。出于“哥伦比亚”号事件的影响，在发射成功后，中国才向外界公布了这一重大成就，这也是人类航天事业经历重大挫折后，迎来的最充满希望的鼓舞。和“天宫”1号一样，每当人类航天发展处于低迷期时，中国总会给予信心和安慰。
但是国际空间站依然没有迎来续建的日期。美国此刻不能再度冒险，加上“挑战者”号的失事，由航天飞机事故导致的宇航员遇难人数已上升到14名。把“哥伦比亚”号失事原因调查清楚，是允许航天飞机复飞的唯一理由。对于人命关天的事情，无疑要花费很长的时间。
在调查“哥伦比亚”号事故原因期间，美国同国际空间站其他成员国被迫对国际空间站的建设计划进行重新调整。航天飞机停飞所造成的结果使国际空间站的建造规模有所减小，取消了一些功能模块，而竣工日期也要延长，这些变故将导致国际空间站建设预算增加。
虽然国际空间站建造计划暂时中止，但是国际空间站还需要运行和维护。在没有航天飞机的情况下，俄罗斯的“联盟”号载人飞船和“进步”号货运飞船承担着国际空间站人员和物资运送的全部重任。
当时俄罗斯以载人飞船每年发射2艘，货运飞船每年发射4艘的频率来满足国际空间站一年的供应，这也让俄罗斯成为世界上唯一量产宇宙飞船的国家。这种丝毫起不到推动技术进步的作用，只是简单重复性的发射宇宙飞船，仅仅是为了国际空间站在太空艰难的维持。如果此时俄罗斯高频率的飞船发射再出现技术故障，那么国际空间站计划真的不能继续维持了。
国际空间站最终的竣工日期被推迟到2010年9月，这样的决定对于成员国中地位比较重要的日本和欧洲来说，意味着它们的实验舱还需等待很长的时间才能发射升空，预计不会早于2008年，而国际空间站当时的设计使用期限是到2015年。也就是说国际空间站完全竣工后，利用它探索太空，开发宇宙的时间仅剩下5年，它创造的所有价值很难弥补最初建造和后续追加的庞大成本。
据美国NASA计算，从1998年到2010年，国际空间站使所有成员国的花费支出高达1000亿美元。如此高昂的成本，与国际空间站为人类航天发展和科技进步所做出的贡献难以兑现。继续增加投资，也很难获得更多的价值。如果终止该项目，那么连少量的价值也不能获得。
当时国际空间站还没有竣工，只有美国的一个实验舱投入了使用，除了美国以外，其他成员组织的实验舱和设备还未发射升空。美国航天飞机所面临的压力是“哥伦比亚”号失事造成国际空间站暂停扩建窘迫的现状，但是美国要为此付出比其他国家更多的代价。除了维护国际空间站停建时期的运营成本外，还要独自解决航天飞机故障排除所增加的预算。只有在航天飞机和国际空间站都增加投入的情况下，才能使建造计划继续向前推进。
美国NASA希望对航天飞机再增加几道安全措施，同时使航天飞机具备在太空飞行时可以被修理的技术，这将使航天飞机比当今的所有航天飞行器都更加先进。所做的这一切也许最终都派不上用场，因为航天飞机失事概率只是1/400，但至少可以让NASA为航天飞机复飞得到心理上的安慰。这使NASA将大部分精力和资金都花费于此，而无奈放弃一些小规模的太空研究项目。
如果缩小国际空间站的建设规模，就可以缓解美国在资金和技术上的压力，但是国际空间站的基本功能和主要空间研究计划应当保留，以尽量减小成员国的利益损失。最终，由俄罗斯制造的两个实验舱、一个外置科学能源平台、一个生命保障舱、美国制造的离心实验舱和居住舱从原来的计划中删除。这样，国际空间站的实验舱除美国的“命运”号舱段外，仅剩欧洲的“哥伦布”号和日本的“希望”号被保留。
减少了一些舱段，意味着国际空间站将丧失一部分原先设计的功能，这已经是不可改变的残酷现实。如果追加资金，按照最初计划实现所有预定目标，那么巨额支出将使所有成员国难以承受，只有对计划进行缩减，才能在科学研究和经济承受能力之间获得平衡。
推陈出新
人类航天的未来不能单靠一个国际空间站计划而实现，应该寻找一些全新的发展机会，来弥补国际空间站所有未能实现的遗憾，NASA似乎有些“清醒”，他们认为，如果对国际空间站仍然抱有太大希望的话，那只是徒劳，并且被国际空间站的现状所约束。应该把目光放长远一些，只有新的目标和计划才能给人以鼓舞和希望，也可以实现更多、更伟大的梦想。其实在当时的情况下，确实也没有更合理的选择，因为一开始的发展方向就出了问题。
航天事业需要不断注入新的思想。
2004年1月14日，时任美国总统布什雄心勃勃地宣布了名为“星座”的新太空探索计划，该计划提出后果然受到美国民众的广泛支持，也让布什获得了当年的总统连任。和“阿波罗”计划一样，“星座”计划也有政治的成分，航天与政治的联姻在美国的历史上曾经重复多次：
1961年5月，当时正是美苏争霸时期，肯尼迪总统宣布实施“阿波罗”计划；
1972年1月，尼克松总统批准了“航天飞机计划”；
1993年苏联解体，在克林顿的支持下，与俄罗斯开展了国际空间站计划。
布什提出的“星座”计划承前启后，似乎很好地解决了美国航天现在面临的矛盾，又将人类下一个航天发展目标延伸到了更深远的宇宙空间。
首先是在借鉴航天飞机的经验基础之上，研制新型载人宇宙飞船——“猎户座”号乘员探索飞行器（CEV）。同时，航天飞机在2010年左右全部退役。在此之前的时间内，航天飞机要完成国际空间站的后续建造工作。航天飞机退役后，CEV将承担运送美国宇航员进入太空的任务。
CEV同时解决了航天飞机使用维护成本高、安全可靠性低的两大缺点。因为当时人类所掌握的航天技术远没有达到航天飞机理论所需要的技术成熟程度。航天飞机是继“水星”计划、“阿波罗”计划之后开始实施的，从一次性使用的舱体式宇宙飞船直接跨越到可重复使用的升力体气动外形的航天飞机，中间少了很多稳妥的过渡，人们还是无法知晓大幅度跨越发展会存在多少意想不到的问题。
CEV则采用的是舱体式宇宙飞船结构，由指令舱（返回舱）和服务舱组成，最大直径为5米，总质量为25吨。其中返回舱质量为8.5吨，内部空间容积是“阿波罗”号宇宙飞船的2.5倍。在执行登月任务时，会增加登月舱。登月舱可将23吨的物资送至月球表面，所以CEV的总质量将比“阿波罗”号宇宙飞船大很多。
在所有结构中，仅有指令舱（返回舱）是可重复使用的，相比航天飞机整个轨道器的重复使用性，显然新式飞船的结构设计要简单得多，即使每次发射制造不可重复使用的部件所需的成本，也要比航天飞机的日常维护费用要低。另外，宇宙飞船放置在运载火箭顶端发射，运载火箭装有逃逸救生装置，不会出现像航天飞机在发射过程中被自身脱落的泡沫材料击伤的情况，避免了返回过程中带来的安全隐患。
CEV可以弥补航天飞机退役后的空缺，它一次性能将6名宇航员送入近地轨道，此外还可以为后续任务做准备。如对它进行改造用于执行登月任务，可将4名宇航员送入月球轨道。按照最初的预计，CEV将在2009年完成设计定型，2013年实现首次无人飞行试验，2015年将首批宇航员送入太空。
第二步，研制用于登月使用的运载火箭和其他工具，包括登月舱、月球车等。
运载火箭包括“战神”1号和“战神”5号，其中“战神”1号运载火箭用于发射CEV近入到近地轨道，然后“战神”5号运载火箭运送登月舱和飞离地球级火箭与CEV对接，再由地球转移轨道运载器提供动力飞往月球。预计在2018年将宇航员送上月球。
第三步，在2020年后，让宇航员再次登陆月球，开始建设人类第一个永久性月球基地，预计在2020～2025年建成。然后以人类驻月球基地作为太空的一个中转站进而探测更深远的宇宙空间。
这个美好的设想似乎使很多人看到了希望，他们期待在不远的将来，能再次看到人类在航天领域上创造出比航天飞机和国际空间站更伟大的奇迹。
但是必须先要做好眼前的工作，那就是航天飞机要实现复飞，去完成国际空间站的后续建设，这是完成宏伟计划的前提条件。
计划继续进行
艰难的复出
经过两年多的不懈努力，航天飞机完成了近300多处的改进，进行了数万次的计算机模拟试验，共投入了15亿美元，终于得以重新投入使用。第一次复飞日期定在了2005年7月13日，由“发现”号航天飞机执行。而曾经在“挑战者”号失事后，执行复飞任务的航天飞机也是“发现”号。
这次发射受到全世界的关注，因为它象征着人类重返太空。
美国东部时间2005年7月13日13时30分（北京时间7月14日凌晨1时30分）， NASA然宣布，由于外挂燃料箱的一个燃料传感器出现故障，“发现”号航天飞机发射将被推迟，此刻距离“发现号”发射仅剩不到3小时。这种燃料传感器在外挂燃料箱内部共有4个，通过测量液氢和液氧混合物的液面，确定燃料的剩余量，并以此作为判断航天飞机主发动机是否退出工作的依据。
在随后的几天里，NASA的专家排除了很多可能导致传感器出现故障的因素，但是在测试中，传感器故障依然时隐时现。7月18日，NASA表示传感器的故障原因依然没有找到，但为了安全起见，还是再次推迟了发射日期，最早定于7月26日升空。也许是失事的阴影还笼罩在人们的心中，同时带给了航天飞机；也许是新的发射标准更加严格，此次发射过程一波三折。
当7月26日这天来临时，NASA还是没有找到问题的根源，仅是排除了所有可能的情况。于是“发现”号航天飞机于美国东部时间7月26日上午10时（北京时间22时），带着传感器可能再次出现故障的风险点火升空，不过这次很幸运，从发射倒计时开始到轨道器入轨一切工作正常。