20世纪80年代初期投入使用的航天飞机，是现代卫星和载人飞船技术、运载火箭技术、航空技术综合发展的产物。这种飞行器的设想由来已久，早在20世纪初就有人提出过用火箭发动机做飞机的动力装置。第二次世界大战前夕，由于军事上的需要，德国法西斯曾将这一设想付诸实施，并于l94l年研制成了ME-l63型火箭飞机，时速可达l000千米。
第二次世界大战后，设计和研制可重复使用的火箭飞机的活动十分活跃，各国科学家和工程技术人员为了把火箭技术和航空技术结合起来，不仅进行了各种技术途径的探索和研究，而且还做了大量的设计和研制试验。
美国贝尔公司设计的X-l5型火箭飞机曾进行过近200次的飞行试验，最大时速达到7300千米，最大高度为l06千米，远远超出了大气层的范围。这些研究工作，对于探索可重复使用的空间运输系统的技术途径，都做出了有益的贡献。甚至可以说，X-l5型火箭飞机就是航天飞机的雏形。
20世纪60年代，美国研制的“阿波罗”宇宙飞船等航天器所进行的载人太空飞行，以及轨道对接、宇航员舱外活动等一系列载人轨道飞行基本技术的掌握，为发展大型的载人空间运输系统创造了条件，奠定了坚实的技术基础。
耗资巨大的“阿波罗”登月计划结束后，美国将大量的人力、物力、财力转移到新型空间运输系统的研制工作上来。l972年，美国总统尼克松批准了预计耗资55亿美元的航天飞机研制计划。
美国的航天飞机制造历时十年，实际耗资l00亿美元。l98l年4月l2日上午7时，美国的第一架“哥伦比亚号”航天飞机在肯尼迪航天中心首次发射成功。航天飞机上载有两名宇航员。
航天飞机是一个庞大、沉重和复杂的系统，它有与以往航天飞行器不同的特征。首先，航天飞机能像火箭一样垂直发射；其次，它能够像普通航天器那样在空中做机动和变更轨道的飞行。另外，航天飞机能像普通飞机一样在机场滑跑着陆，经过维护修理后可再次使用，重复使用次数可达l00次以上。
由于航天飞机的发射和再次进入大气层阶段速度低，过载较小，未经严格训练的人也能上天活动，所以被认为是航天技术新阶段的标志。美国宇航局甚至宣称:运载火箭将逐步为航天飞机所取代。
航天飞机要比卫星大得多，也复杂得多。要把这样一个航天系统发射到环绕地球的轨道，在轨道上完成预定的任务，然后再安全返回地面，的确不是一件简单的事情，需要解决一系列的关键性技术问题，如速度和推力，以及精确的控制导引系统、适当的空气动力外形和再入大气层的有效防热措施等。
航天飞机由助推级、轨道级、外接推进剂箱三部分组成。助推级是平行安装的两台固体火箭发动机。轨道级是航天飞机的心脏，它可以载运重达30吨的负荷。它很像一架大型的三角翼飞机，中部是一个很大的负荷舱。
轨道级的前端是宇航员的座舱，座舱是高度密封的，内有宇航员生活所需要的空气。舱内还有空气调节设备，使舱内的空气条件与地面上的大气基本一致，温度和湿度也保持适宜。座舱顶部是飞行甲板，这里是控制中心。
火箭发射
航天飞机的座舱与喷气式客机的座舱相似，有舒适的座位，并有两套控制系统，能够使两人中的任何一人在必要时单独负责飞行的一切工作。座舱的底甲板是机务人员工作的地方。另外，座舱内还有厨房、进餐间、储藏室、卫生设备，还有密封舱，用来供宇航员到附近的外部空间进行活动。
轨道级的外部是一层独特的隔热系统，可以防止在发射和重返时与大气摩擦积热使舱内温度升得过高。在它进入大气层时和大气摩擦产生的热量，可使表面温度达到几千摄氏度，而由于隔热层的存在，可保持舱内温度不发生剧烈变化。
航天飞机的推进级和轨道级都可以回收，只有盛装推进剂的外接推进剂贮箱不可以回收。
航天飞机的主要用途是接送空间实验室的工作人员和物资。除此之外还可以发卫星，或把装配空间站的构件运上太空，还可以对其他航天器进行维修，也可以用来作为发射星际探测器的中继站。
l98l年4月l2日上午7时，美国宇航局在佛罗里达州的肯尼迪航天中心发射了第一架航天飞机——“哥伦比亚号”，揭开了人类宇宙航行的新篇章。
“哥伦比亚号”是在l977年研制成功的“企业号”航天飞机的基础上改进而来。“企业号”属于航天飞机的试验阶段，它没有推进级，实验时利用波音747客机将它“背”上天空，达到一定高度和速度以后再将它放出。“企业号”脱离母机以后，在驾驶员的操纵下自由飞行，并完成了一系列飞行动作，然后像普通飞机一样安全地降落在机场跑道上。
“企业号”的飞行试验证明了航天飞机重返大气层在机场着陆是完全可靠的。但是由于财政困难及其他原因，发射“企业号”航天飞机的计划被迫中止。虽然“企业号”没能升上太空，却成了通向太空的铺路石，航天飞机首航天外已经为期不远了。
“企业号”没有完成的任务是由“哥伦比亚号”来完成的。发射当天有百万观众赶到发射基地去观看“哥伦比亚号”的首航。4月l2日7时整，“哥伦比亚号”像火箭一样竖直起飞，冲出大气层，进入了预定环绕地球的圆行轨道，像飞船一样在轨道上进行无动力飞行。宇航员检查、试验，各项功能正常。
“哥伦比亚号”在飞行36圈、历时54小时30分后开始返航。宇航员开启动力装置，它开始脱离圆形轨道进入大气层，此时它的时速是8200千米，飞机头部因与大气高速摩擦，外表温度已经上升到l600℃。
美国爱德华空军基地派出了4架歼击机，在l2000米的高空排成方阵，给这位“天外来客”导航。“哥伦比亚号”平稳地降落在爱德华空军基地的跑道上。当两位宇航员神采奕奕地走下飞机时，几十万狂热的观众不停地向他们欢呼，欢庆“哥伦比亚号”首航成功。
l98l年ll月至l982年6月，“哥伦比亚号”航天飞机又进行了三次试航，进行了多项科学研究活动，并进一步完善其性能。l982年ll月6日，“哥伦比亚号”进行了首次常规业务飞行，将两枚人造地球卫星送入轨道，从此开始了它的“商业生涯”。航天飞机开始登上了宇宙航行的历史舞台。
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