航天飞机除了可以在天地间运载人员和货物之外，凭着它本身的容积大、可多人乘载和有效载荷量大的特点，还能在太空进行大量的科学实验和空间研究工作。它可以把人造卫星从地面带到太空去释放，或把在太空失效的或毁坏的无人航天器，如低轨道卫星等人造天体修好，再投入使用，甚至可以把欧空局研制的“空间实验室”装进舱内，进行各项科研工作。
航天飞机的飞行过程大致有上升、轨道飞行、返回三个阶段。起飞命令下达后，航天飞机在助推火箭的推动下垂直上升，直至进入预定轨道，完成上升。进入轨道后，航天飞机的主发动机熄火，由两台小型火箭发动机控制飞行。到达预定地点后，航天飞机开始工作。航天飞机完成任务后，便开始重新启动发动机，向着地球飞行。进入大气层后，航天飞机速度开始放慢，并像普通滑翔机一样滑翔着陆。
所有的航天飞机均由罗克韦尔公司制造，每架航天飞机都根据具有科学和探索影响力的舰船命名。
企业号航天飞机从1974年6月开始建造。不过一年之后，nasa开始开发哥伦比亚号，后者的尾翼设计更容易上天。1976年9月17日，企业号正式推出。nasa原计划先将企业号用于“返回及着陆”测试。随后再将其送入太空。然而，测试却成为这架航天飞机终身的命运。与哥伦比亚号相比，企业号显然不具备明显的优势。不久，nasa选择让哥伦比亚号升空。哥伦比亚号发射后，企业号仍保留有升空的希望。但是，由于设计方案的更改，nasa发现如果把企业号送上太空，将花费大量的更新资金，还不如更新另一架测试样机挑战者号便宜。
1977年2月18日，企业号进行首次飞行试验
在企业号上，nasa做了大量的地面和飞行测试。1977年2月18日，由经过特别改装的波音747飞机背负其进行了机载试验。[30]此外，大量的轨道副系统在还未进入大气前，都在企业号上先行测试。20世纪80年代初，企业号开始退役，除了一部分结构拆卸后用于其他航天飞机之外，它开始了全球巡展。1985年入驻华盛顿的史密斯学院。挑战者号升空爆炸解体后，nasa又一度考虑将企业号改装升空，最后仍然出于节省经费的考虑，选择了奋进号。
哥伦比亚号
1981年哥伦比亚号执行sts-1任务
哥伦比亚号航天飞机名字起源于第一艘环绕世界航行的帆船—“哥伦比亚”号，是世界上第一架进入轨道的航天飞机。哥伦比亚号的成功发射开启了、乃至全人类的“航天飞机时代”。它的前四次任务是测试飞行，用于验证航天飞机设计的合理性。
哥伦比亚号于1981年4月12日从肯呢迪航天中心首次发射并执行sts-1任务，服役期间部署了多颗卫星。2003年2月1日上午9点，即将返航着陆的“哥伦比亚号”航天飞机发来一个信息：航天飞机出现了“轮胎压力”的问题，此后，和控制室彻底失去了联系。9点16分，本该是航天飞机着陆的时间。在着陆地点，卡纳维拉尔角的倒数已经指向了零，却依然没有见到航天飞机的影子。控制室一片沉默，这时，德州传来信息，有目击者听到了上空响雷般的爆炸声，如火焰燃烧着的残骸冲向大地。不久，nasa宣布，哥伦比亚号在飞临得州上空时发生爆炸，7名宇航员全部丧生。经调查，事故原因是外部燃料箱表面脱落的一块泡沫材料击中航天飞机左翼前缘的名为“增强碳碳”（即增强碳-碳隔热板）的材料导致隔热板受损，飞机左翼出现孔洞，因此使得返航时超高温气体进入造成航天飞机解体，最终酿成事故。
挑战者号航天飞机名字源于皇家海军“挑战者远征”中的旗舰——“挑战者”号，是正式使用的继哥伦比亚号之后的第二架航天飞机，于1983年4月4日进行首次发射（sts-6任务）。挑战者号开发初期原本是被作为高拟真结构测试体，但在挑战者号完成初期测试任务后，被改装成正式的轨道载具。
1986年1月28日11时38分（东部时间），挑战者号在执行第10次太空发射时，其右侧固态火箭推进器上一个o形环因低温而失效，导致一连串连锁反应，在升空后73秒爆炸解体坠毁
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