载人飞船基本上是一次性使用。为了能使载人航天器多次重复使用，科学家们便设想了各种方案的载人航天器。２０世纪４０年代，有人即已着手研究一种既能像飞船那样垂直起飞，又能像飞机那样水平着陆的重复使用的航天器，后来研制出供实验用的火箭动力飞机和各种升力飞行器。接着还有数量相当多的设计相继出现。１９６９年开始进行大型航天飞机的方案设计。１９７２年正式开始了航天飞机的设计、研制、试验和鉴定工作。
航天飞机是近年来美国的主要载人航天器，并且经常性地往返于地球和轨道之间。它和以往的载人航天器相比，无论是外形、舱室结构以及起飞、着陆方式都有根本性的改变。航天飞机的结构组成包括轨道器、外储箱和２个固体火箭助推器。轨道器是宇航员生活和进行科学实验的主体结构，舱内空间比较宽敞，正常飞行可乘坐７名宇航员，有时可载１０人，空间停留时间一般为一星期。舱内的生活设备比较完善，食品供应合理、食用方便。
科学家指出，航天飞机的起飞重量约１６００吨，有效载荷为２２７吨，货舱容积为２８立方米。航天飞机的关键技术是再入大气层的防热问题。载人飞船使用热防护系统的材料都是烧蚀材料，这种材料通过自身的分解、熔化和蒸发吸收热量，借以维持舱内的温度不致超过规定值。此种热防护方法在短时间高温和一次性使用情况下具有良好的效果。但对于重复使用、多次再入大气层的加热烧蚀就难以胜任了。航天飞机的成功飞行证明，防热问题解决得比较理想。
此外，航天飞机货舱里可载大型的空间实验室进入太空，这给空间科学实验研究提供了良好条件。它可以进行空间制药、空间物理学和材料学的研究和实验，也为空间资源的开发和利用提供了实验场所。在航天飞机上发射卫星多次获得成功，还可以捕获已失效的卫星带回地面进行修理。这些活动可以创造可观的经济效益。知识点航天飞机的第一次１９６９年４月，美国宇航局提出建造一种可重复使用的航天运载工具的计划。１９７２年１月，美国正式把研制航天飞机空间运输系统列入计划，确定了航天飞机的设计方案，即由可回收重复使用的固体火箭助推器，不回收的两个外挂燃料贮箱和可多次使用的轨道器三个部分组成。经过５年时间，１９７７年２月研制出一架“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，首次载人用飞机背上天空试飞，参加试飞的是宇航员海斯和富勒顿两人。８月１２日，载人在飞机上飞行试验圆满完成。又经过４年，第一架载人航天飞机终于出现在太空舞台，这是航天技术发展史上的又一个里程碑。