航天飞机的产生和发展
在航天飞机诞生之前，人类探索太空的工具，不论是人造卫星、登月飞船，还是随后的空间站，都是通过发射一个又一个功率巨大的运载火箭来把它们送上太空的。运载火箭是使卫星和飞船进入预定轨道运行的主要运输工具。
研究、设计和制造这样的运载火箭需要耗费大量的人力、物力和财力，这种代价高昂的运载火箭只能使用一次;每发射一次卫星或飞船都要重新制造一个甚至几个运载火箭。1969年，美国发射的第一次把人送上月球的“土星”5号运载火箭和阿波罗登月飞船，起飞总重量为2800多吨，但除了约5吨重的登月指令舱外，全部器件只使用一次就丢弃在宇宙空间。像这样的发射，每次要花费1750万美元。正因为如此，所以美国的“阿波罗计划”到1972年12月19日，“阿波罗”17号宇宙飞船运载3名航天员登月归来以后，就此告一段落。
不过，有很多宇航方面的专家不肯罢休，他们始终认为探索宇宙能为人类带来无法估量的好处。所以，每年仍然有一大批人造卫星飞上天空。美国宇航局的科学家还利用“阿波罗计划”中已造好而没有来得及利用的“土星”5号火箭，成功地发射了“天空实验室” 。
然而，施放到太空围绕地球运转的人造卫星并不能保证百分之百地投入使用，有时由于装在它“肚子”里的仪器设备发生了意料不到的故障，导致整个卫星失效。像这种局部损坏，只须稍加修理就能正常工作的人造卫星不是很少而是有不少。它们不能发挥作用，只是绕着地球一圈又一圈地转，变成了太空的“流浪汉” ;如果碰巧撞上了正在正常飞行的人造卫星，还会引起一场爆炸。
而那种比人造卫星更复杂、高级、造价更高的太空实验室，一旦它贮存的食物、氧气、实验物品花尽用完以后，无法得到补充，结果也逃脱不了被丢弃的命运。它和失效的人造卫星一样，白白占据了地球上空目前已经显得很“拥挤”的运转轨道的位置。
当然，也可以另外派一艘宇宙飞船到轨道上去给实验室送货上门;但这样一来，问题又涉及到每次要动用一枚只能用一次、价值几千万美元的运载火箭，这是一笔相当庞大的花费。
这种被动局面严重地阻碍了宇宙航行事业的蓬勃发展。因此，研究一种可以重复使用的工具，以便大大降低宇宙航行的成本，就成了人们发展宇宙航行事业的迫切需要。
早在20世纪40年代，就曾有人提出用火箭发动机作动力推进飞机的设想。几十年来，在世界许多地方，为了研制一种可重复使用的航天器，人们进行了反复的探讨和研究。
在第二次世界大战期间，这些设想更加地具体化。德国为了轰炸美国纽约，打算使用一种用火箭推进的高速空间滑翔机，沿着大气层的上缘飞行，到时候能再入大气，向纽约投掷炸弹，然后继续滑翔飞行，在太平洋降落，最后由海军的潜水艇把飞行员打捞回来。为此他们计划把“A －4”火箭(当时称作“V －2” )加上机翼，发展成一种自动控制的“A －9”型超音速飞机，后来又设计了一种带翼的两级火箭“A －10” 。但是由于当时的技术条件和战局的变化，这些设计方案被暂时搁置一旁。
二战结束后，美国从德国抢走了一大批火箭专家，其中包括技术头目冯·布劳恩和军事头目顿伯格。他们到了美国后继续研究上述设想，并进而打算发展一种用火箭发射的全球轰炸机。1952年，冯·布劳恩全面论述了大型重复使用的助推器的概念。1954年，美国空军开始支持这项研究并取名为“保米计划” 。1957年，在上述研究的基础上又形成了一个“轨道再入滑翔机”的研究计划，即所谓“戴纳—索尔( Dyna—Soar)计划” 。1962年决定用“大力神－ 3”作为它的助推器，同时改名为“X －20” 。
“X －20”是一种升力大于阻力的空间滑翔机，可载一名飞行员，三角形机翼，机身长10. 5米，翼展6米，重4. 5～6. 7吨，升阻比1. 5。使用“大力神－3”火箭把滑翔机推到地球大气层以上，达到24000千米/时速度，然后再入大气，飞行员利用空气动力控制，飞机滑翔下降，水平着陆。
1963年，美国由于集中力量发展载人轨道飞行试验，又考虑到发展这种空间滑翔机在当时有很多技术问题不容易解决，因此撤销了“X －20”计划。然而，尽管计划被撤销了，但是研究工作并没有停止，较小规模的研究和实验工作一直在继续。
这一阶段主要是发展另一种类型的升力大于阻力的空间滑翔机——载人上升艇，被叫作“航天飞船技术和先进再入试验”计划。计划的目的是要发展一种有机动飞行能力的载人再入飞船，使之既能像一般飞船一样在轨道上飞行，又能像普通飞机一样在大气层飞行，最后在一般机场上着陆。
20世纪60年代，欧洲的许多国家如英、法、西德和意大利的许多公司也对航天飞机发生了浓厚的兴趣，并希望与美国合作。但是，美国当时正全力以赴地搞“阿波罗”登月计划，没有足够的技术和经济力量投入第二项大型航天计划。结果，欧洲因经费有限只能进行一些有关方案的探讨及个别系统的局部性研究工作。
到了1969年，各家公司已经提出了一系列方案。终于，航空航天局对一系列的方案集中进行了一次研究。1969年10月，在华盛顿召开了一次航天飞机会议，欧美各国也在会上报告了他们的研究成果。至此，航天飞机技术上的可行性和经济上的收益就更加确信无疑了。
同年，尼克松组织了一个以副总统阿格纽为首的航天任务工作组，直接领导航天飞机的研究工作。
经过对方案的论证及对其研制经费、技术能力和时间等因素的权衡之后，美国航空航天局最终选择了一个两级式、部分可重复使用的航天飞机的折衷方案。1972年1月5日，尼克松政府正式批准了这一发展计划，从而使之成为70年代美国航天计划的重点。
1977年2月，美国宇航局研制出一架创业号航天飞机轨道器，由波音747飞机驮着进行了机载试验。1977年6月18日，首次载人用飞机飞上天空试飞，参加试飞的是航天员海斯( C． F． Haise)和富勒顿( G． Fullerton)两人。8月12日，载人用飞机飞行试验圆满完成。
1981年4月12日，第一架航天飞机“哥伦比亚”号终于出现在了太空舞台，这是航天技术发展史上的又一个里程碑，揭开了航天史上新的一页。
“哥伦比亚”号发射升空
虽然世界上有许多国家都陆续进行过航天飞机的开发，但只有美国与苏联实际成功发射并回收过这种交通工具。由于苏联解体，相关的设备由哈萨克接收后，受限于没有足够经费维持运作使得整个太空计划停止，因此目前全世界仅有美国的航天飞机机队可以实际使用并执行任务。
2008年7月7日，美国宇航局宣布现役3架航天飞机—— “奋进”号、“亚特兰蒂斯”号和“发现”号将在2010年退役，同时启用新一代的“战神”火箭和“奥赖恩”载人飞船，承担美国人重返月球等载人飞行任务。
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航天飞机的首次飞行
1981年4月12日，在卡纳维拉尔角肯尼迪航天中心聚集着上百万人，参观第一架航天飞机“哥伦比亚”号发射。
“哥伦比亚”号原计划1979年初进行首次载人飞行试验。但由于经费及主发动机、轨道级外部耐热材料等技术上的原因，发射日期一拖再拖，直至1981年4月12日才实现了人们期待已久的处女航。而在20年前，苏联航天员尤里·加加林也正是在4月12日这一天实现了人类首次航天的伟大梦想。
这架航天飞机总长约56米，翼展约24米，起飞重量约2040吨，起飞总推力达2800吨，最大有效载荷29. 5吨。它的核心部分轨道器长37. 2米，大体上与一架DC － 9客机的大小相仿。每次飞行最多可载8名航天员，飞行时间7～30天，轨道器可重复使用100次。航天飞机集火箭、卫星和飞机的技术特点于一身，能像火箭那样垂直发射进入空间轨道，又能像卫星那样在太空轨道飞行，还能像飞机那样再入大气层滑翔着陆，是一种新型的多功能航天飞行器。
航天飞机首次飞行的乘务组由50岁的驾驶员约翰·杨和43岁的罗伯特·克里平组成。前者是指令长，曾乘坐“双子星双座”号和“阿波罗”号飞船4进太空并在月球上留下过足迹，是个经验丰富的老手。罗伯特·克里平是第一次参加飞行。2名航天员按原定计划飞行了54. 5小时，绕地36圈。飞行过程中对航天飞机各系统的性能进行了广泛的试验和考验。
“哥伦比亚”号在研制过程中解决的一个非常重大的技术问题是整个机身覆盖有3万多块具有非常高的耐热性能的防热瓷砖，它们能保证防护机身往返飞行100次而不被高热侵蚀磨损。在首航发射后不久，机身尾部脱落了几块防热砖，它曾引起人们的很大关心，但由于不是在关键部位，并未造成严重后果。
4月14日，成千上万远道而来的观众聚集在加利福尼亚州的爱德华兹空军基地酷热干燥的沙漠上，等待观看航天飞机凯旋。下午1时，空中突然出现一个白点，越来越近，越来越大，终于人们辨认出了“哥伦比亚”号的机身轮廓。当它摆动着双翼以200～210英里/时的速度徐徐下降平稳着陆时，人群里爆发出炽烈的狂喊和欢叫。此后在爱德华兹空军基地上举行了简短和热情的欢迎仪式。空军司令代表里根总统向航天员表示祝贺。加利福尼亚州州长向他们发了奖章、奖旗。
“哥伦比亚”号初航的成功向全世界显示了美国第一流的航天技术水平。这确实是航天技术上的一个重大突破，是人类实现宇宙工业化的第一个实际步骤。