航天飛機是載人航天器突破一次性使用的慣例而進入可以重復使用階段的重要標志和創新成果。它的突出特點是綜合運用了火箭、航天器和飛機技術，形成一種新型飛行器，既能載人載物升空入軌繞地球進行航天飛行，又能像飛機一樣下滑和著陸。
研制航天飛機的緣由航天飛機是載人航天器突破一次性使用的慣例而進入可以重復使用階段的重要標志和創新成果。1972年初，美國國會批準發展航天飛機空間運輸系統的方案后，美國國家航空航天局動員和組織全國有關單位和專家，經9年多的科研攻關和試驗改進，終于催生了航天飛機的問世。
1981年4月12日，世界上第一架完全自主飛行的航天飛機“哥倫比亞號”試飛成功。它從佛羅里達州肯尼迪航天中心起飛，在航天員約翰·揚和羅伯特·克里平的駕駛下進入距地面277公里的近地圓形軌道，環繞地球飛行了36圈，航程160.9萬公里，歷時54小時30分鐘，最后降落在加利福尼亞州愛德華茲空軍基地。
繼“哥倫比亞號”之后，美國依次投入使用的航天飛機是：1983年首飛的“挑戰者號”，1984年首飛的“發現號”，1985年首飛的“阿特蘭蒂斯號”和1992年首飛的“奮進號”。1986年1月28日“挑戰者號”爆炸，2003年2月1日“哥倫比亞號”墜毀，目前只剩下其他3架航天飛機。由于蘇聯研制的“暴風雪號”航天飛機，僅于1988年進行了一次未載人的繞地飛行試驗，后來停止了飛行，因此現在只有美國擁有航天飛機。
兩次機毀人亡的大悲劇美國最早毀掉的航天飛機“挑戰者號”，事故發生在發射升空階段。1986年1月28日，“挑戰者號”從佛羅里達州肯尼迪航天中心發射進行第10次飛行時，開始一切正常，誰知升空73秒后，突然一聲爆炸，出現了機毀人亡的悲慘景象，致使7名航天員全部喪生，成千上萬的觀眾痛哭流涕。這一可怕事故在世界航天史上留下了深沉的烙印。
經過仔細調查分析，最終確認是由于航天飛機右側固體火箭助推器連接處的合成橡燒肉膠O形密封圈性能失效而引起爆炸。這種密封圈，因設計上存在缺陷和當日發射環境氣溫過低，沒有起到應有作用，致使助推器兩節鋼套接口處出現裂縫，讓固體推進劑燃燒時產生的火焰漏射出來。溫度高達3000多攝氏度的火焰越竄越長，最后加熱了推進劑外掛貯箱，引起了液氫箱和液氧箱劇烈爆炸，航天飛機瞬間被炸成碎片，造成了空前悲劇。
事過17年之后，美國又毀掉了哥倫比亞號航天飛機。2003年2月1日，“哥倫比亞號”在第28次飛行的返回地面歸途中，于得克薩斯州上空63公里處突然解體，致使5男2女共7名航天員全部遇難。令人痛心和遺憾的是，事故發生在它遨游太空16個晝夜后，離回家僅差16分鐘的時間。這是航天飛機又一次機毀人亡的大悲劇。
經事故調查委員會的全面分析認為，造成“哥倫比亞號”失事的直接原因是該機1月16日發射升空81.7秒后，推進劑外掛貯箱表面脫落一塊泡沫材料。這塊材料撞擊導致航天飛機左翼前緣的熱保護系統形成裂孔。“哥倫比亞號”在太空運行時，幾乎處于真空狀態，裂孔無關大礙，可到返回途中再入大氣層時由于摩擦產生的氣動加熱使受損部位溫度高達1300-1600攝氏度，造成內部線路和金屬部件熔化，終致結構破壞而解體。
接受“哥倫比亞號”失事的教訓，美國航天專家對外掛貯箱的泡沫材料作了改進，但仍未取得理想效果。為解決這種材料脫落問題，雖花了13億美元，但收效不大。這在此后的兩次“發現號”飛行、一次“阿特蘭蒂斯號”飛行和一次“奮進號”飛行中都表現了出來，只是脫落的材料未直接擊中航天飛機或其要害部位而已。正因如此，2007年8月份搭乘“奮進號”巡天的女教師航天員芭芭拉·摩根才完成了21年前麥考利夫未能實現的夙愿。
奧賴恩將代替航天飛機美國航天飛機推進劑外掛貯箱表面包裹的泡沫塑料絕緣材料，是為保證液氫和液氧的低溫必不可少的保護層。由于航天飛機發射時這種材料脫落問題尚未徹底解決，極易撞壞軌道器外表面的隔熱層，致使其在返回途中有可能出現危險情況，故而目前的飛行仍具有一定的冒險性。有鑒于此，美國國家航空航天局已經決定，在2011年建成國際空間站之后，讓已有的航天飛機全部退役。
代替航天飛機的載人航天器，將是名為“奧賴恩”的新一代可重復使用的乘員探索飛行器，亦稱“獵戶座”。這原本是美宇航局根據美國總統布什2004年1月14日提出的最早于2015年載人重返月球、2020年左右建立月球基地、2030年后派人登陸火星的進軍太空計劃而研究的載人航天器，在其載人飛登月球之前，先作為近地軌道載人航天器使用。
早在2005年7月23日，美國眾議院就通過議案，要求盡可能接近2010年的時候發射乘員探索飛行器。2007年初，美國國家航空航天局“奧賴恩”項目科學家同主承包商洛馬公司一道完成了系統技術要求評審，為這種載人飛船的設計、研制、建造和安全飛行奠定了基礎。該飛船將用于向地球軌道、月球乃至火星運送航天員。
“奧賴恩”飛船將用美國新研制的戰神1運載火箭發射到近地軌道運行，并能與國際空間站進行對接，完成太空飛行任務后再返回地面。它一次可以運載6名航天員，完全可以完成航天飛機飛往國際空間站執行的一切任務，比俄羅斯現在的“聯盟TMA號”載人飛船要大得多，且在近地軌道上飛行也比航天飛機更為安全。至于“奧賴恩”載人飛往月球的時間，美國計劃安排在2020年，那時它還要與登月艙、地球出發站在近地軌道上組成聯合體后才能奔月。
在2012年至2013年之間，航天飛機退役，“奧賴恩”飛船尚未問世，接送國際空間站的人員和物台北燒烤資問題只能靠俄羅斯載人飛船和貨運飛船來解決了。“神舟”號飛船雖有這方面的能力，但由于我國不是國際空間站的參建國，所以有力用不上。何況，我國還要實現載人航天的第二步和第三步計劃，同時實施“嫦娥工程”，繼續鑄就自己的太空輝煌。
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