航天飛機

1969年4月，在耗資巨大的“阿波羅登月計劃”行將結束之際，沉溺在太空探索激情中的美國國家航空航天局（NASA）認為需要建設一種可重複使用的航天運載工具。 ^[4]  1972年1月，美國正式把研製航天飛機空間運輸系統（STS）列入計劃，確定了航天飛機的設計方案，即由兩個可回收重複使用的固體火箭助推器，一個不回收的外掛燃料貯箱和可多次使用的軌道器三個部分組成。經過5年時間的研究，1977年2月，NASA研製出第一架軌道器：企業號航天飛機，由波音747飛機揹負進行了機載試驗。1977年6月18日實施首次載人試飛，參加試飛的是航天員海斯（C·F·Haise）和富勒頓（G·Fullerton）。1977年8月12日，載人試飛獲得圓滿完成。又經過4年，世界上第一架載人航天飛機：哥倫比亞號航天飛機終於出現在航天發展歷史舞台，這是航天技術發展史上的又一個里程碑。 ^[5] 

迄今只有美國與蘇聯能夠製造可以進入近地軌道的航天飛機，且可以實際成功發射並回收，而美國是唯一曾以航天飛機成功進行載人任務的國家。其他國家雖有發展類似的計劃但尚未有實際發射並進入軌道的紀錄。

自1981年4月12日NASA發射首個航天飛機開始，在此後30年間，NASA的哥倫比亞號、挑戰者號、發現號、亞特蘭蒂斯號和奮進號5架航天飛機先後共執行了135次任務，幫助建造國際空間站，發射、回收和維修衞星，開展科學研究，激勵了幾代人。2011年7月21日，最後一次航天飛機任務（STS-135）——亞特蘭蒂斯號在佛羅里達州NASA肯尼迪航天中心的主港着陸，宣告着航天飛機時代的結束。 ^[6] 

美國政府起初對航天飛機計劃的預算為430億美元（換算為2011年的美元價格），每次發射費用預計為5400萬美元，但由於航天飛機系統過於複雜（機身超過250萬個零件），技術和系統維護需要大量的人力物力，這一計劃遠遠超出預算。根據NASA的統計，截至2010年，航天飛機的準備和發射成本平均為7.75億美元。奮進號航天飛機的建造成本約為17億美元，整個航天飛機計劃共花費1137億美元。 ^[7] 

美國航天飛機由軌道飛行器、外掛燃料箱和固體火箭助推器三大部分組成。 ^[8] 

軌道飛行器，簡稱軌道器，是美國航天飛機的主體，也是最具代表性的部分，長37.24米，高17.27米，翼展29.79米。它的前段是航天員座艙，分上、中、下3層。上層為主艙，有飛行控制室、卧室、洗浴室、廚房、健身房兼貯物室，可容納8人；中層為中艙，也是供航天員工作和休息的地方；下層為底艙，是設置冷氣管道、風扇、水泵、油泵和存放廢棄物等的地方。它的中段為貨艙，是放置人造地球衞星、探測器和大型實驗設備的地方，長18.3米，直徑4.6米，可裝載24噸物品進入太空，可載19.5噸物資從太空返回地面。貨艙的上部可以像蚌殼一樣張開。與貨艙相連的還有加拿大製造的遙控空間機械臂，用於施放、回收人造地球衞星和探測器等航天器。在貨艙中也可用上面級火箭將航天器發射到更高的軌道。在貨艙中還可對回收的航天器進行修理。

軌道飛行器的後段有垂直尾翼、三台主發動機和兩台軌道機動發動機。主發動機在起飛時使用的是外掛燃料箱中的推進劑。每台可產生1668千牛的推力。 ^[8] 

在軌道器中段和後段外兩側是機翼。在軌道器的頭部和機翼前緣，貼有約2萬塊防熱瓦，保護軌道器在回返時不被氣動加熱產生的600－1500℃的高温所燒燬。在軌道器的頭錐部和尾部內，還有用於輕微軌道調整的小發動機，共44台。 ^[8] 

航天飛機外儲箱，簡稱外儲（貯）箱。長46.2米，直徑8.25米，能裝700多噸液氫液氧推進劑，它與軌道器相連。 ^[8] 

外貯箱分為液氫箱和液氧箱兩部分。液氧箱在前部，約佔外貯箱體積的1/4，容積為552立方米，可加註液氧604.195噸，可加壓到20-22磅/平方英寸。液氫箱在後部，兩者之間有一小段隔艙。液氫箱容積為1523立方米，可裝液氫101.606噸，可加壓到32-34磅/平方英寸。兩箱都備有通風管和放氣孔以供加載、增壓和卸載用。 ^[1] 

航天飛機固體助推器共兩台，連接在外貯箱兩側上，長45米，直徑約3.6米，每枚可產生15682千牛的推力，承擔航天飛機起飛時80%的推力。 ^[8]  推進劑為高氯酸鋁粉、鋁粉、氧化鐵粉和粘合劑的混合物。在助推器的前、後部，還各配置有四台分離火箭、分離和回收電子裝置、靶場指令安全炸燬系統、推力終止和故障監測分系統以及推力向量控制分系統。助推器前端，藉助一 個緊固件與外貯箱連接。並裝有回收分系統的駕駛儀、導傘和主傘吊帶。通過前承載緊固件和後部火工品裝置，助推器同軌道器分離。固體助推器前後端各有四台分離發動機。分離後的助推器飛行到67公里的最高點、然後降落，降到5.8公里高度時，拋掉頭部的整流罩，開始回收。 ^[1] 

美國航天飛機與彈道式運載火箭相比，具有以下優點： ^[1] 

①可以重複使用。

②維修方便，發射程序簡化，有利於空間活動經常化和快速反應。

③執行任務較靈活。航天飛機的配置可以滿足發射各種低、中、高軌道衞星和星際探測器的要求。

④可以使衞星設計簡化，可靠性提高，工作壽命延長，從而減少衞星研製的總費用。

⑤上升段和再入段過載較小，未經嚴格空間飛行訓練的普通人員也可參加空間活動。

航天飛機的主要用途有：部署衞星、檢修衞星、回收衞星、太空營救、空間運輸、空間實驗和生產、空間探測。 ^[1] 

美國航天飛機的發射與返回，一般都是在預定的程序內自動進行的，也可以由宇航員自行操縱。它的常規飛行程序大致有以下步驟： ^[10] 

1.起飛。航天飛機直立在發射台上，兩台固體火箭助推器和三台液體火箭基本同時點火（三台主發動機點火時間間隔0.12秒，然後是固體火箭點火），固定航天飛機系統的繫留帶鬆脱，航天飛機垂直上升；

2.助推火箭分離。航天飛機上升約120秒時，達到40公里高度，助推器燃料耗盡，自動熄火併同航天飛機分離，主發動機繼續工作，航天飛機持續上升。助推器在海上回收；

3.外掛燃料箱脱落。航天飛機起飛後500秒左右，到達100多公里高度，時速達每秒7.8公里，外掛燃料箱推進劑耗盡並自動與軌道器分離，隕落大氣層燒燬；

4.軌道器入軌。軌道器以28800公里的時速飛行，依靠自身的44個小型噴氣發動機（它們可以單獨點火，也可以串聯點火），即軌道機動動力系統調整到達預定軌道；

5.返航。啓動軌道機動動力系統，脱離軌道，進入橢圓形軌道，宇航員連接好生物醫學測量傳感器，穿好增壓宇航服，向計算機輸入重返大氣層執行程序，根據地面指令，啓動機首和機尾姿態調整發動機，形成機尾向前，機腹向地面的姿勢。同時軌道發動機逆向噴射，使軌道器急劇減速。離着陸為1小時23分時，調整為機頭向前，此時軌道器以音速的25倍超高速、40度俯衝角進入大氣層。機身與稠密的空氣劇烈摩擦產生超高温，外殼燒紅，形成電離，使軌道器與地面無線電通訊中斷16分鐘。下降到50公里高度時，速度為每小時10800公里，距離地面38公里時，速度降為每小時7680公里。可改為手動操縱，關閉所有發動機。最後以340公里的時速拖帶減速傘降落在跑道上。 ^[10] 

航天飛機除了可以在天地間運載人員和貨物之外，憑着它本身的容積大、可多人乘載和有效載荷量大的特點，還能在太空進行大量的科學實驗和空間研究工作。它可以把人造衞星從地面帶到太空去釋放，或把在太空失效的或毀壞的無人航天器，如低軌道衞星等人造天體修好，再投入使用，甚至可以把歐空局研製的“空間實驗室”裝進艙內，進行各項科研工作。 ^[10] 

航天飛機的飛行過程大致有上升、軌道飛行、返回三個階段。起飛命令下達後，航天飛機在助推火箭的推動下垂直上升，直至進入預定軌道，完成上升。進入軌道後，航天飛機的主發動機熄火，由兩台小型火箭發動機控制飛行。到達預定地點後，航天飛機開始工作。航天飛機完成任務後，便開始重新啓動發動機，向着地球飛行。進入大氣層後，航天飛機速度開始放慢，並像普通滑翔機一樣滑翔着陸。 ^[10] 

美國所有的航天飛機均由羅克韋爾公司製造，每架航天飛機都根據具有科學和探索影響力的艦船命名。 ^[7] 

企業號航天飛機從1974年6月開始建造。不過一年之後，NASA開始開發哥倫比亞號，後者的尾翼設計更容易上天。1976年9月17日，企業號正式推出。NASA原計劃先將企業號用於“返回及着陸”測試。隨後再將其送入太空。然而，測試卻成為這架航天飛機終身的命運。與哥倫比亞號相比，企業號顯然不具備明顯的優勢。不久，NASA選擇讓哥倫比亞號升空。哥倫比亞號發射後，企業號仍保留有升空的希望。但是，由於設計方案的更改，NASA發現如果把企業號送上太空，將花費大量的更新資金，還不如更新另一架測試樣機挑戰者號便宜。 ^[11] 

在企業號上，NASA做了大量的地面和飛行測試。1977年2月18日，由經過特別改裝的波音747飛機揹負其進行了機載試驗。 ^[30]  此外，大量的軌道副系統在還未進入大氣前，都在企業號上先行測試。20世紀80年代初，企業號開始退役，除了一部分結構拆卸後用於其他航天飛機之外，它開始了全球巡展。1985年入駐華盛頓的史密斯學院。挑戰者號升空爆炸解體後，NASA又一度考慮將企業號改裝升空，最後仍然出於節省經費的考慮，選擇了奮進號。 ^[11] 

哥倫比亞號航天飛機名字起源於第一艘環繞世界航行的美國帆船—“哥倫比亞”號，是世界上第一架進入軌道的航天飛機。哥倫比亞號的成功發射開啓了美國、乃至全人類的“航天飛機時代”。它的前四次任務是測試飛行，用於驗證航天飛機設計的合理性。 ^[7] 

哥倫比亞號於1981年4月12日從肯尼迪航天中心首次發射並執行STS-1任務，服役期間部署了多顆衞星。2003年2月1日上午9點，即將返航着陸的“哥倫比亞號”航天飛機發來一個信息：航天飛機出現了“輪胎壓力”的問題，此後，和控制室徹底失去了聯繫。9點16分，本該是航天飛機着陸的時間。在着陸地點，美國卡納維拉爾角的倒數已經指向了零，卻依然沒有見到航天飛機的影子。控制室一片沉默，這時，德州傳來信息，有目擊者聽到了上空響雷般的爆炸聲，如火焰燃燒着的殘骸衝向大地。不久，NASA宣佈，哥倫比亞號在飛臨得州上空時發生爆炸，7名宇航員全部喪生。經調查，事故原因是外部燃料箱表面脱落的一塊泡沫材料擊中航天飛機左翼前緣的名為“增強碳碳”（即增強碳-碳隔熱板）的材料導致隔熱板受損，飛機左翼出現孔洞，因此使得返航時超高温氣體進入造成航天飛機解體，最終釀成事故。 ^[12] 

挑戰者號航天飛機名字源於英國皇家海軍“挑戰者遠征”中的旗艦——“挑戰者”號， ^[7]  是美國正式使用的繼哥倫比亞號之後的第二架航天飛機，於1983年4月4日進行首次發射（STS-6任務）。挑戰者號開發初期原本是被作為高擬真結構測試體，但在挑戰者號完成初期測試任務後，被改裝成正式的軌道載具。 ^[13] 

1986年1月28日11時38分（美國東部時間），挑戰者號在執行第10次太空發射時，其右側固態火箭推進器上一個O形環因低温而失效，導致一連串連鎖反應，在升空後73秒爆炸解體墜毀，機上7名宇航員全部罹難。 ^[13] 

發現號航天飛機是肯尼迪航天中心的第三架航天飛機，它的名字來源於十七世紀七十年代英國探險家詹姆斯庫克發現夏威夷羣島時所駕駛的兩艘船中的一艘，另一艘為“奮進“號，是另外一架航天飛機的名字。於1984年8月30日進行了首度飛行（STS-41-D任務）。 ^[14] 

發現號從前任航天飛機中吸取了許多經驗，在首飛時，它比哥倫比亞號輕6,870磅；發現號和挑戰者號曾進行過KSC改裝，以使其能夠運載“人馬座”的最上端一節。改進包括加裝外部管道，以為“人馬座”注入或排出推進劑，並且在航天飛機的後機身進行監視和控制。實際上，由於將裝滿燃料的“人馬座”作為航天飛機的載荷過於危險，這項工程並未能升空。 ^[14] 

1990年，發現號把哈勃望遠鏡送上了太空，這是迄今為止人類歷史上最重要的科學項目。除發送哈勃望遠鏡登天外，發現號還是NASA的急先鋒。挑戰者號和哥倫比亞號2架航天飛機分別於1986年和2003年發生事故。兩次挫折後，NASA需要選擇一艘“重新起飛”的飛船，以重振航天飛機事業，這兩次，都是發現號擔當重任。1994年，俄羅斯航天員謝爾蓋·康斯坦丁諾維奇·克里卡列夫成為第一個駕駛美國航天飛機的俄羅斯航天員。 ^[15] 

1985年4月9日，亞特蘭蒂斯號航天飛機交付肯尼迪航天中心，其建造耗時僅為哥倫比亞號的一半。1985年10月3日第一次飛行就承擔了美國國防部的秘密行動——將兩顆國防通信衞星送入地球同步軌道。1995年6月29日，執行STS-71次使命的亞特蘭蒂斯號與俄羅斯和平號空間站成功對接，這是美國航天飛機首次與該空間站對接，也是美俄飛行器首次以對接方式聯合飛行，在那5天中，美俄航天員首次在太空中進行了互換。而這恰恰是美國第100次載人航天飛行。 ^[16] 

2009年5月11日，亞特蘭蒂斯號將7名航天員送上太空維修哈勃望遠鏡。這是NASA最後一次派航天員維修“哈勃”。25年中，“亞特蘭蒂斯”號7次前往和平號空間站，11次造訪國際空間站，是執行國際合作項目最多的航天飛機。 ^[16] 

奮進號航天飛機名字來源於18世紀英國著名探險家、航海家和天文學家詹姆斯庫克的一艘船，於1992年5月7日執行首次飛行任務（STS-49）。由於幾乎每一次升空的任務都不盡相同，因此，奮進號航天飛機設計時就突出了任務適應性。空重151,205磅，裝發動機後重172,000磅。 ^[17] 

奮進號採用了許多新技術擴展其能力，大多數這些被驗證成功的技術和設備都又被安裝到了其他的航天飛機上。如直徑40英尺的減速傘，可縮短着陸滑跑距離1000到2000英尺；擴展續航時間的線路和管道使其具有執行長達28天任務的能力；改進的航空電子儀器包括通用計算機，增強的慣性儀器和戰術導航系統，恆星追隨系統，改進的前輪操縱系統；還加裝了新型輔助動力系統，可用於驅動航天飛機的液壓系統。 ^[17] 

蘇聯暴風雪號航天飛機外型與美國航天飛機相似，機身全長40米，高16米，機身直徑5.6米，翼展24米，有效載荷貨艙直徑4.7米，長18.3米，可將30噸載荷送入低軌道，能運回20噸貨物，比美國航天飛機的貨艙稍大一點。航天員艙容積70立方米，可供2至4名宇航員使用，另外有6個座位，其中除機長、駕駛員外，還有衞星維修人員2名，機械手操作員1名，科研人員2至3名。全機起飛總重105噸。 ^[18] 

儘管蘇聯的暴風雪號在研製過程中參考了美國的航天飛機，但仍有其自身的特點：

（1）蘇聯航天飛機與能源號運載火箭是相互獨立的，無需在軌道器上外掛貯箱和助推器一起點火發射，從而使用時受限制較少。

（2）蘇聯航天飛機沒有主發動機，只是在尾部裝了兩個小型入軌發動機。這樣大大降低了航天飛機的發射重量，節省了有效空間。

（3）由於尾部裝有兩台小型發動機，航天飛機的進場着陸相對比較容易，橫向機動距離較大，據稱可以在緊急情況下進行二次着陸。

（4）能源號運載火箭各級全部使用液體推進劑，通過適當的故障防護措施可以保證在助推器或芯級中任一個發動機產生故障的情況下，火箭能繼續飛行。

（5）蘇聯航天飛機在大氣層滑翔時，可以像普通飛機那樣藉助副翼、操縱舵和減速板來控制。

（6）蘇聯航天飛機與美國航天飛機的機翼形狀略有不同。美國採用圓弧線型，蘇聯航天飛機機翼則稜角分明，加工比較簡單。

（7）蘇聯航天飛機裝有計算機控制的自動飛行控制系統，首飛時即實現無人自動軌道飛行。這樣在作為空間站服務工具時，可以實現無人貨運發射，從而減少對航天員生命的威脅。

（8）蘇聯航天飛機的表面防熱系統與美國航天飛機軌道器有所不同。“暴風雪號”表面用38000塊由特別細的玻璃纖維和碳碳複合材料構成的輕型耐熱陶瓷片覆蓋，可承受2000℃的高温。 ^[19] 

暴風雪號航天飛機的飛行程序是：航天飛機首先被推力為3550噸的“能源”號運載火箭推到亞軌道速度之前，第一級液體火箭發動機脱離，然後，在160公里高度時，啓動自身的發動機，將航天飛機推到軌道速度。這時，主發動機和大型燃料箱把航天飛機送到可能進入軌道的高度後，即脱離航天飛機，同時再次啓動機上發動機，使之達到260公里的圓軌道。返航着陸情況與美國航天飛機一樣，着陸速度為340公里/每小時，地面滑行距離1100至2000米，需要彈出減速傘。 ^[18] 

首飛：1988年11月15日，蘇聯用能源號運載火箭將無人駕駛的暴風雪號航天飛機送入250千米高的預定圓形軌道，前後用了47分鐘的時間。能源號首先將暴風雪號送入亞軌道，然後由航天飛機上的兩個小型機載發動機繼續推進，進入軌道。暴風雪號自動繞地球飛行兩圈，在軌道上運行3小時後，按預定計劃於當天9時25分受控返回地面，準確降落在距發射場12千米外的機場。航天飛機歷史上的首次不載人自動軌道飛行獲得圓滿成功。 ^[20] 

1989年以後，由於蘇聯內部社會嚴重動盪、經濟狀況每況愈下，航天飛機載人計劃一推再推。在極其艱難的情況下，1991年計劃載人的小鳥號航天飛機（俄語：Птичка，意為“小鳥”）進行了地面實驗。隨着8·19事件以及蘇聯解體，原來的航天計劃被蒙上了一層陰影。蘇聯解體後，俄羅斯經濟狀況不佳，維持和平號空間站的運行已經力不從心，再無力繼續航天飛機計劃。除經濟原因外，進入20世紀90年代後航天飛機的實際用途也不明確。正像一位前蘇聯專家所説的：“可重複使用的航天器思想，無疑是很先進的，但在我們的航天計劃中，還從沒有一個有效載荷超過25～30噸的。“暴風雪號”就像一輛重型卡車在高速公路上空車奔跑。”由於經費及使用目的不明確等原因，1993年6月30日，葉利欽政府正式決定中止航天飛機計劃。 ^[20] 

"暴風雪"計劃是蘇聯時代為了與美國進行太空軍備競賽而開展的，在蘇聯解體後不久此計劃也宣告正式終結，殘存的設備劃歸給蘇聯時代太空中心所在地的哈薩克斯坦共和國擁有。

"暴風雪"計劃中實際已開始建造共五架航天飛機，但是隻有第一架的暴風雪號（Buran 1.01）實現了真正順利發射升空與回收，而包括二號機小鳥號航天飛機（Буран 1.02，即Buran 1.02）、三號機貝加爾湖號航天飛機（Буран 2.01，即Buran2.01）在內的其他幾架蘇聯航天飛機全都是以未完成的姿態停止建造。 ^[18] 

蘇聯航天飛機與美國航天飛機最大的不同，是其具有像普通噴氣式飛機一樣自由起降的能力。美國的航天飛機，從試驗性的企業號到後來的奮進號，在尾部都擁有幾個碩大的火箭自主推進器噴管。而БТС-002並沒有在尾部安裝主推進引擎，除了兩具用於調整軌道姿態的小型推進引擎外，БТС-002則裝有四台渦輪噴氣發動機（而首架發射升空的暴風雪號則是兩台）。這一獨特的設計使蘇聯的航天工程師們堅信，暴風雪的安全性與整體機動性要大大高於美國航天飛機（即在發射時遇到事故可以及時脱離火箭並自主降落，在地面着陸遇到突發情況時亦可以做二次飛行）。而相比美國航天飛機，暴風雪號的體量更大，貨艙更為寬敞，其總體效費比亦在美國之上。 ^{[2]  [21-23]} 

由於此次任務是無人駕駛，所以機上並未安裝生命保障系統，也沒有為操控台安裝軟件。升空之後，暴風雪號用了206分鐘圍繞地球兩週。在返回地球時，暴風雪號安全地在拜科努爾航天中心的跑道上進行了自動降落程序。美國航天飛機需要人工控制着陸，相比之下，暴風雪號則擁有全自動着陸系統，且在首次測試中獲得了很好的降落精度（距離預計降落位置僅相距10m）。實際上，迄今為止能夠做到航天飛機完全自動地在地面跑道上精確着陸的國家只有蘇聯。 ^{[2]  [21]  [23-24]} 

雖然暴風雪號的首秀比美國首架成功發射的航天飛機哥倫比亞號晚了8年之久，而且整個發射任務僅持續了兩個多小時，很多技術細節還不盡完善，但此次成功的發射至少證明在航天飛機領域，蘇聯的航天科研實力完全不遜於美國，並且完全有能力後來居上。 ^{[2]  [21]  [23-24]} 

二者之間的最大區別是美國航天飛機由軌道器、外貯箱和固體助推器組成。 ^[1]  而蘇聯航天飛機本身未裝備主發動機，因而只是航天器，不是運輸器，需藉助能源號火箭才能送上太空。 ^[25] 

蘇聯航天飛機的設計既有利也有弊，因為沒有主發動機，所以暴風雪號可攜帶更多的有效載荷，但發射它的能源號是一次性使用運載火箭，故主發動機不能重複使用，這看上去似乎不太經濟，然而能源號火箭還可以發射別的航天器，用途範圍廣。蘇聯航天飛機上雖沒有主發動機，但由於安裝了2台小型發動機，所以着陸時如果第一次着陸失敗，還可以拉起來進行再次着陸，安全係數較高。美國航天飛機只能靠無動力滑翔着陸。鑑於美國挑戰者號慘痛事故，蘇聯航天飛機增設了逃逸系統並決定先進行無人飛行。而美國與其相反。 ^[25] 

美蘇航天飛機均裝有機械臂，美國的機械臂可回收軌道上的衞星和釋放衞星進入空間，蘇聯的機械臂僅能用於把和平號空間站的1個對接口上的專用實驗艙移到另一個對接口上。 ^[25] 

美國航天飛機的着陸速度為213~226千米/小時(使用減速傘)；蘇聯航天飛機的着陸速度為310~340 千米/小時，不難看出，在此方面美國優於蘇聯。但美國只有卡納維拉爾角的一座發射台能發射航天飛機，而蘇聯在拜科努爾建有3座能發射航天飛機的發射台，即當一座發射台出現故障時並不影響航天飛機的發射。 ^[25] 

蘇聯航天飛機一開始就設有與空間站對接裝置，原計劃在第2次飛行時就與和平號空間站對接。而在1995年以前，美國還沒有空間站，故其航天飛機沒有安裝對接裝置，在此期間均是獨自飛行執行各種任務。後來，為了與俄羅斯和平號空間站對接，才增設了對接裝置。 ^[25] 

1986年1月28日，天氣雖然晴朗但極冷，夜間温度下降了20度。管理組官員讓工程師評估這種零下3度的温度對“挑戰者”號航天飛機發射是否會造成影響，評估結果認為沒有嚴重問題。因此決定繼續倒計時並向外燃料貯箱加註燃料。固體火箭助推器承包公司的工程師們始終堅持反對在低温環境下發射，羅克韋爾公司也認為發射台上有冰凌，這時發射不安全。”挑戰者”號在這種情況下仍發射升空, 在起飛73秒後發生爆炸，7名航天員全部遇難。發射後110秒時空軍靶場安全控制人員將固體火箭助推器炸燬。 ^[26] 

根據“挑戰者”號事故調查委員會的研究，引發“挑戰者”號航天飛機爆炸的直接技術原因是右則固體助推器一個O型密封圈因低温失效。在“挑戰者”號升空後不久，右側固體助推器後接合部因段體膨脹而略有變形（此屬於正常現象），由於環境温度過低，O形密封圈彈性變壞，沒有達到它原來密封的位置。密封性變差使接合部靠近外貯箱的部位發生蒸發物泄漏。很快，灰色蒸發物變成濃黑的煙霧，這表明接合部密封部位的潤滑劑、絕熱材料和O形密封圈已受到燃氣的燒蝕。當主發動機加大推力時，接合部出現了火舌。大約在起飛15秒鐘時，火舌已發展成連續的清晰的羽焰。遙測數據表明，這時兩個助推器燃燒室的壓力不一致，右側較低，説明接合部的泄漏在加大。在此後的3秒鐘，這個火焰成了一個高熱的噴燈，對着外貯箱燒烤，外層絕熱層很快燒壞，接着又燒向鋁蒙皮。當鋁蒙皮也被損壞後，急劇冒出的氫氣立刻被點燃並向後順氣流衝擊。液氫貯箱的進一步破壞、右側助推器的擺動撞擊着液氧箱，巨大的衝擊力使液氧箱底部撞壞。就在這一瞬間，大量氫氧混合物釀成巨大的爆炸。此時“挑戰者”號的高度約14千米，速度達到M1.92。爆炸形成的超音速擴散的氣團給“挑戰者”號造成20倍重力的衝擊，使之解體四散。 ^[27] 

2003年2月1日，哥倫比亞號航天飛機在結束了為期16天的科學實驗任務之後，在返航途中解體，7名航天員喪生。 ^[26] 

2003年8月26日，美國“哥倫比亞”號航天飛機事故調查委員會，公佈了有關“哥倫比亞”號失事原因的最終調查報告。報告指出，導致“哥倫比亞”號發生事故的直接技術原因是：航天飛機發射升空81.7秒後，由於外部燃料箱外表面脱落的一塊泡沫材料的撞擊，導致了航天飛機左翼前緣的熱保護系統形成裂孔。航天飛機重返大氣層時，超高温氣體得以從裂孔處進入“哥倫比亞”號機體，造成航天飛機最終解體。 ^[28] 

“哥倫比亞”號航天飛機事故調查耗資2000萬美元，報告長達248頁，涉及調查人員多達2.5萬名。調查人員在得克薩斯和路易斯安那州收集了8400多片殘骸，相當於整個飛機的38%。通過把它們拼裝起來，調查人員做出了上述結論。 ^[28] 

美國政府在奧巴馬上台之後叫停了新的登月計劃，開始將太空探索的目光投向火星，對於服務於近地軌道的航天飛機來説已經沒用武之地。與此同時航天飛機投入使用後並未達到原先預想的目的。因此2010年，由16個國家的科學家參與的國際空間站基本建成時，美國決定放棄“航天飛機”計劃。另外，過高的運營成本和過低的安全係數亦是航天飛機被退役的主要原因。 ^[4] 

航天飛機由於重複使用，因此其技術難度大、系統設計複雜、零部件更容易耗損，從起飛、上升、軌道運行，再入大氣層直到返回着陸過程中，需要經受各類極度嚴酷的環境。航天飛機的弱點是在使用中逐漸暴露出來的，它的系統遠不止將載人飛船和運載火箭兩者單純相加那麼簡單。單次運行成本過高時，風險也不容忽視，發射頻率從計劃中的每年24次下降到5次。而航天飛機的事故率非常高，美國的5架航天飛機中，有2架在執行任務時候發生了爆炸、解體，有14位宇航員為此喪命。而與火箭、飛船等一次性飛行器不同，航天飛機的火箭發動機需要多次重複使用，壽命期間的總工作時間累計長達數小時之久，這也為其執行任務帶來安全隱患：隨着飛行任務的增加勢必有更多的潛在危險。 ^[4] 

美國共研製並投入使用五架航天飛機，每架研發費用20億美元，總共發射一百多次，每飛行一次費用高達5億美元，返回後還要進行大量費時費力的檢修，這讓美航天局的財政不堪重負。儘管提出航天飛機的初衷是為了降低整個載人航天研製和發射過程中的花銷，但是美國人在執行這一計劃的過程中卻發現真實情況並非如此。早先有數據顯示從1985年到1988年10月間，航天飛機的發射價格增加了85%，即每次發射費用飆升到9000萬美元。這筆花費完全違背了NASA最初設計航天飛機的預算。NASA在確定航天飛機的結構佈局時，曾估計航天飛機發射費用為每斤100美元，每次發射費用不超過600萬美元。 ^[4] 

儘管NASA採取了種種措施節約開支，但研製費用還是連年超支。1978年9月，NASA宣佈航天飛機的研製費用可能比原計劃增加8%-9%。1980年4月，NASA透露整個航天飛機計劃費用將增加到89億美元。這種情況下NASA只得一再向國會申請繼續增加撥款，而當時的卡特政府考慮航天飛機對國家安全有利，對科學研究和商業開發也有很高價值，因此對追加經費基本不持異議，所以航天飛機計劃的費用才得以解決。此外，航天飛機的着陸場與發射場相距甚遠，每次降落後要用大型客機運回發射場檢修，額外增加了成本。這些情況都超出了NASA最初的美好預期，這表明航天飛機經濟效益大打折扣。 ^[4] 

在航天飛機的使用中，NASA發現同研製和發射費用一樣，航天飛機的維護和運行費用也在直線飆升。比如1984年航天飛機一次飛行的花費為1.5-2億美元，而在商業發射中可以得到的最高補償僅為7100萬美元。最重要的是NASA發現，用航天飛機發射衞星，比使用火箭發射衞星的費用還要多。因此，1988年之後，NASA決定不再承攬商業載荷的發射任務，每年航天飛機飛行次數減為9次左右。按照計劃美國的航天飛機壽命最多為20年，每架應飛行100次。而截至到目前，5架航天飛機加起來飛行了才132次，其中2架在飛行中爆炸，2架已嚴重超期限服役。 ^[4] 

航天飛機的老化程度比預期的要快，儘管執行任務的次數比預期減少了近1/4，但航天飛機破損、老化加劇，每次的維修費用也非常昂貴。特別是2003年哥倫比亞號航天飛機墜毀事故發生後，對防熱瓦的檢查費用增加了。而發現號自1984年首飛以來小狀況頻發，燃料箱隔熱泡沫脱落、外部燃料箱的液態氫傳輸管泄露等，都導致每次執行任務前加強檢查和維護，以至於任務一拖再拖。 ^[4] 

對於航天飛機時代的結束，中國戰略導彈與運載火箭技術專家、中國工程院院士龍樂豪認為，它意味着一個階段的終止，但也意味着一個更高起點的開始。 ^[29]