1963年3月，M2-F1第一次试飞，它由一辆卡车牵引着，在爱德华空军基地的干涸湖床上飞驶，达到了飞行速度，但由于摆动剧烈，因而只飞行了极短的时间。4月，第二次试飞，它顺利升空，航速达到了每小时195公里。这种小型的M2-F1飞行器共进行了90次试飞，基本上获得了成功。1964年，M2-F2和HL-10两种重型试验机开始制造。
这两种飞行器同X-15一样，都是在13.7万米的高空中，从一架航速为每小时720公里的改进型B-52轰炸机上发射的。1966年3月，一架不带发动机的M2-F2固定在B-52轰炸机的机翼下，开始了首次不分离的试飞。4个月后，它在1370米的高空第一次与母机分离，以每小时320公里的滑翔速度在干涸的湖床上着陆。
1967年5月，M2-F2飞行器由于遇到了轻微的侧向风，曾经受了一次最严重的考验，它在最后将要对准干湖跑道飞行时，突然发生了严重的“横滚”,驾驶员奋力操纵，虽然使飞行器恢复了控制，但此时却已偏离了航向。由于看不到跑道的标志，因而驾驶员不能判断自己的飞行高度，而发送无线电信号的跟踪飞机也与他的相对位置发生了变化，担任营救的直升机则因为离得太近而来不及提供援助。
情况变得更加不妙！由于高度不明，又来不及飞回正确的航向，驾驶员不得不开始紧急着陆。拉平动作刚完成，起落架已伸出一半儿的M2-F2就重重地撞在了湖床上，它弹出了25米远，接着，又一次重重地撞在地面上。它翻倒在地上，主起落架、驾驶舱、舱盖和右舱都被撞毁脱落，驾驶员也身负重伤，幸而没有生命危险。
相比之下，HL-10火箭推进飞行器则取得了成功。1970年8月，它的飞行高度达到了23000米，时速达到了1630公里。
X-24是贝尔公司X系列火箭推进试验飞机中最后的一种，它最初的形状像个圆形的楔子，上部呈拱状，底部平坦，尾部有斜角，以后进行了改进。X-24试验计划的最终目的是要用普通的飞机跑道进行降落，而不是用宽广的干湖床。X-24的试飞相当成功，它着陆时只偏离预定的着陆点1.5米。
对航天飞机感兴趣的不只是美国一家，欧洲一些国家同样也下了本钱，设想了许多航天飞机方案。英国皇家飞机研究中心、布列斯托尔·西德利公司和罗尔斯·罗伊斯公司都有许多详细的研究报告，它们研究了利用喷气发动机飞行返回基地的可重复使用助推器的发展前景。
但是，欧洲各国的航天飞机设想最终一个也没有被采纳或研制。
只有美国，对航天飞机表示出极大的兴趣，并付诸实践。
1968年8月，美国宇航局负责载人航天的助理局长乔治·米勒，出席了在英国召开的行星际协会的会议。会上，他向报界透露，美国宇航局对制造航天飞机怀有浓厚的兴趣，他说：
“我想预先告诉诸位，航天活动的下一次冲刺，是要研制一种经济的、能在地球和空间运行的设施之间往返飞行的运载器。”
2.航天飞机横空出世
1969年初，美国着手研究空间发展计划的各种可能性。2月，以副总统阿格纽为首成立了一个“空间任务小组”,制订了一个“阿波罗”计划完成以后的协调的空间计划。9月，该小组提出了一份报告，建议发展可重复使用的航天飞机系统：“……发展空间运转的新技术系统，首先需要通过一项发展新型空间运输能力的计划……”10月16日，在华盛顿召开的航天飞机会议上，宣布投资80亿美元，正式开展航天飞机具体方案的研制工作，预计在20年内收回成本。这从根本上改变了过去运载火箭研制资金不能回收的状况。
1970年3月7日，尼克松总统发表了关于美国空间探索计划的声明，其中说：
“……我们目前正在更加细致地研究可以重复使用的空间往返飞船的可能性……”
1972年1月5日，尼克松总统把宇航局的航天计划提交美国国会，很快，国会通过了这个计划，航天飞机计划从此正式实施。
航天飞机的各个部件是分别生产的。1974年6月，洛克韦尔国际公司航天分公司，在加利福尼亚州莫哈维沙漠的棕榈谷中开始组装乘员舱。同年8月，开始组装机身后段。到1975年，美国各地的有关部件开始不断地向加利福尼亚的棕榈谷汇集，被送进空军的42号车间。
1975年秋季，第一架全尺寸的航天飞机样机终于在洛克韦尔公司的组装车间里完成总装。这架航天飞机的代号是轨道器-101号，这表明它是轨道器总家族中的老大。当轨道器1976年接近最后定型时，美国立即面临怎样给它命名的问题，航宇局自然想沿袭历来航天器命名的惯例，起个能表达出爱国热忱的名称-“建设”号，但此时，美国着名电视系列片《星际航行》的狂热观众们采取了一致行动，向美国政府施加压力，要求以《星际航行》
中担任主角的航天飞机-“创业”号来命名。福特总统面对10万封热切的来信，最后同意了他们的要求。
1976年9月17日，正好在航天飞机正式批准继续研制的4年零9个月后，101号轨道器在一个管乐队的伴奏下，随着电视片《星际航行》主题音乐的旋律缓缓驶出，展现在公众的面前。这是一架敦实的三角翼式飞机，它的外表似乎不像航天器，至少不像美国电视观众们所熟悉的那种航天器，但实际上它确确实实是航天器，而且可能是当时最令人兴奋的空间飞行工具--航天飞机。
1977年8月12日上午，时钟刚指到9点，一架敦实的三角翼式飞机横空出世，低低掠过加利福尼亚沙漠的上空，平稳地降落在干透了的湖床上。这架革命性的航天飞机的机身上，镶有着名的美国宇航局NASA字样，还有众所周知的星条旗。2名驾驶员是航天老手弗雷德·海斯和戈登·富勒顿。以后，它又进行了多次着陆等一系列试验。1978年底，它按计划作完全部试验后，作为一个永久性的开路先锋，完成了它在航天飞机计划中的全部使命而退出历史舞台。
3.“哥伦比亚”号一鸣惊人
为了充分体现出航天飞机的冒险精神，美国宇航局决定对将要建成的4架航天飞机用绘制世界海图的4艘着名航海船来命名。轨道器102号被称为“哥伦比亚”号，这是1792年到哥伦比亚河口探险的一艘单桅帆船的名称。轨道器103号被命名为“发现”号，这是1610年亨利·赫德森为了探寻大西洋和太平洋之间的西北通道而乘坐的一艘小船。轨道器104号和099号分别被命名为“大西洲”号和“挑战者”号，它们是远涉重洋、探险数百万公里的两艘着名航船的名称。
第一架真正的航天飞机是“哥伦比亚”号，它长约56米，高为23米多，起飞重量约2000吨，由上下两部分组成。上部是轨道器，长约37米，翼展宽约23米，自重68吨，其体积与大型喷气式客机相似；驮着轨道器的是两台固体助推器和一个外贮箱，处于两台固体助推器之间的外贮箱也是一个庞然大物，它长47米，直径约8米，内部装有上千吨燃料-液氢和液氧，这些液氢和液氧也是作为轨道器上主发动机的推进剂。
1981年4月12日凌晨2点多，“哥伦比亚”号航天飞机静静地矗立在美国肯尼迪航天中心的39A号发射阵地上。黎明前的黑暗还拥抱着这个迷人而令人神往的航天港，但来自美国和世界各地的成千上万的人群在这里已川流不息，熙熙攘攘地聚集在观看席上。来自世界各地的记者们把手中的各种现代化采访工具都准备就绪，等待着记录下这一举世瞩目的历史性镜头。人们都在焦急地等待着发射时刻的到来。
7时整，“哥伦比亚”号航天飞机的尾部发出闷雷般的巨响，冒出一股强烈的浓烟，航天飞机的2台火箭发动机与3台液体火箭主发动机同时点火。上万双眼睛，在4束探照灯的强光照射下，紧紧地盯着脱离发射台上的“哥伦比亚”号航天飞机。
对于众人来说，这是一幅奇异的画面，航天飞机腾空而起的速度比人们所想象的还要快得多，从两个固体燃料助推器尾部喷出的桔黄色火舌有180米长、60米宽，它烤得外挂燃料箱后部发出了耀眼的白色光泽，长长的灰白色塔柱形烟雾拖在后面，一直可以延伸到发射架……景色实在太壮观了。
航天飞机在飞离了固定服务塔之后，就按照预置的程序进行侧滚和倾斜的动作。航天老将约翰·杨和克里平身穿缝有NASA徽记和STS1字样的蓝色专用太空服，沉着冷静，神态自然。
大约在50公里的高空，固体燃料助推器燃料燃烧完毕，助推器借助6支分离小火箭与航天飞机分离，空壳用降落伞减速，溅落在海上。那里，美国的“自由”号和“自主”号回收船早已恭候多时。
“哥伦比亚”号扔掉了助推器之后，在主发动机推动之下继续上升，进入预定的太空轨道。
在进入轨道之前，又将外贮箱抛掉，分离后的外贮箱进入大气层后自行坠毁。航天飞机入轨后，主发动机就熄灭了，只启用2台小型火箭发动机来控制机动飞行，调整它的姿态，直到它进入准确的飞行状态为止。这一切，“哥伦比亚”号都做得完美无缺。
4.有惊无险
约翰·杨和克里平开始工作了，他们首先要进行的是打开载荷舱大门的试验。克里平在密闭的飞行舱后部进行遥控操作，将右大门的各个门拴一个接一个地打开了，顿时，明亮的地球反射光照进了载荷舱里，“哥伦比亚”号这时仍然机腹向上飞行着，下方转动着的地球十分清楚地显现在宇航员们的面前。
“真可惜，你们看不到这儿的绝妙景色，外面可真是漂亮啊！”克里平喊道。
试验成功了，航天飞机2个大门都能开关，没有变形，开关自如。当时，“哥伦比亚”号航天飞机正处于马德里站接收区，实况图像通过海底电缆送到了美洲大陆，并传到了休斯顿飞行控制中心。这些图像极为清晰，它们是由载荷舱里的3架远距离控制摄像机拍摄的。
正当摄像机在载荷舱里平推时，地面监视人员吃了一惊，他们惊奇地发现，在两个轨道调整系统发动机突起的外蒙皮上，出现了几个近似方形的黑点。要知道，航天飞机根本不允许出现任何异常的情况。
地面控制中心的人员立即指示：“查清这些黑点的情况。”
克里平受命后，立刻控制摄像机向轨道器尾部靠近，然后，他平静地分析道：
“每个发动机外部都有几块防热瓦脱落，右舷的一个基本上可以确定掉了3块，另外还有一些较小的缺损；左边的那个据我看只有一块完全脱落，另有一些小的三角形缺损。现在我来把摄像机移到最佳位置上……”
这个消息立即传到了每个关心航天情况的人。虽然克里平不惊不慌，但人们仍为航天飞机和宇航员的命运担心。不知是哪个人传出了消息，说只要有一块防热瓦脱离，就会使“哥伦比亚”号在返回时焚毁。
但是，实际情况并不是那么严重，因为在“哥伦比亚”号重返大气层时，轨道调整系统发动机的外蒙皮所受的热量比起机腹以及机翼迎风面来要小得多。
轨道器的腹部情况如何呢？这是比较重要的，如果腹部的防热瓦也有脱落，问题就严重了。
宇航员们无法看到航天飞机的腹部，不过，杨还是试图透过舷窗尽可能地看看机腹部的情况，他报告说：
“依我们的观察，两个机翼以及它们的迎风面全部完好无损。”
可靠吗？宇航局不敢轻信，于是，决定在“哥伦比亚”号通过头顶时，用美国国防部的高分辨率照相机对它进行拍摄。
防热瓦脱落的情况立即抢去了马德里站电视里的大部分镜头，同时，也无形中把很多重大的成功给冲淡了。其实，真正重要的是，载荷舱大门能顺利地开关，散热器也工作得十分正常，这就无需担心机舱内部过热，无需紧急返航，可以按计划在空中正常地活动。
美国国防部的高分辨率照相机拍出了十分清晰的照片，它足以分辨出每片防热瓦的细节。情况表明，一切都不必担心。休斯顿飞行控制中心发出了继续“干下去”的指令。
5.激动人心的时刻
1981年4月14日，可以说是美国举国狂欢的日子，教师停止了授课，学生早已坐等在电视机前。在曼哈顿的一家西服店里，一位顾客正对着穿衣镜试穿衣服。他刚想对裁缝的手艺发出评论和感慨，却发现自己周围根本就没有服务人员，往日殷勤而周到的裁缝为了观看电视实况转播，竟然把自己的顾客孤零零地留在了穿衣镜前。
是什么使这些美国人如此神魂颠倒呢？原来，再过十几分钟，2天以前从美国卡纳维拉尔角发射的航天飞机“哥伦比亚”号，就要在加利福尼亚州的爱德华空军基地着陆了！
在爱德华空军基地，4架T38歼击机整装待发，准备以一个同步方阵飞行5分钟，这样就便于在1.2万米的高空与“哥伦比亚”号会合，并跟踪它到降落为止。它的任务是在航天飞机下降时向航天员提供最准确的高度和速度信息，并在“哥伦比亚”号着陆之前拍摄到所有的飞行情景。
转眼间，经过50多个小时的飞行之后，“哥伦比亚”号航天飞机开始重返大气层，它已环绕地球36圈。
“哥伦比亚”号预定在17点49分1秒到达12.2万米高处的大气层顶部。17点47分，“哥伦比亚”号飞出了关岛站接收区，它将在5.8万米高度飞进加利福尼亚海滨上空，在这之前一切通信联系都将暂时中断，然后，全要靠约翰·杨和克里平他们自己了。
航天飞机终于飞进了12.2万米这个宇航局定义的大气屏障，它现在正以24.6倍的地面音速飞行着，在此之前，世界上没有一个人曾经驾驶飞机达到过这样的速度。
18时5分，“哥伦比亚”号已经度过了最严峻的时刻，并且即将与休斯敦恢复联系，约翰·杨和克里平已经清楚地看到了加利福尼亚海滨。
看来一切顺利！
此时，在加利福尼亚州南方被太阳晒得滚烫的莫哈维沙漠里，突然响起一片欢呼声，在遥远的孤山上空，出现了一颗微小的银色亮点--“哥伦比亚”号从天外归来了！
当“哥伦比亚”号在10700米高空进入校准圆的时候，麦克布赖德和奈尔森驾驶的第一组飞机正好就在附近，而第二组的迪克·格雷和皮特·斯坦利在它的正后方，这一切，都是按计划进行的。刹那间，壮观的“哥伦比亚”号特写镜头跃上了控制中心的电视屏幕。
头戴镶有老光眼镜的头盔、全神贯注地操纵着航天飞机的机长约翰·杨，熟练地把飞机缓缓地拐了一个弯，在9.6公里外笔直地对准了罗杰斯湖干涸湖床中的跑道。他把操纵杆渐渐推向前，以比普通客机陡6倍的俯冲角和大1倍的速度进行着着陆飞行。