第一个功能齐全的航天飞机轨道飞行器哥伦比亚号被交付给约翰·肯尼迪航天中心，为它的首次发射做准备。

哥伦比亚航天飞机（OV-102）是由罗克韦尔国际制造并由美国宇航局运营的航天飞机轨道飞行器。哥伦比亚号以第一艘环绕北美太平洋沿岸的美国船和美国的女性化身命名，是五个航天飞机轨道飞行器中的第一个在太空飞行，于 1981 年 4 月首次发射航天飞机运载火箭. 作为继进近和着陆测试飞行器企业号之后制造的第二个全尺寸轨道飞行器，哥伦比亚保留了与后来的轨道飞行器相比表明其实验设计的独特特征，例如测试仪器和独特的黑边。除了更重的机身和在其整个生命周期内保留内部气闸外，这些使哥伦比亚成为五个航天轨道飞行器中最重的；比挑战者重约 1,000 公斤（2,200 磅），比奋进号重 3,600 公斤（7,900 磅）。哥伦比亚在 1983 年之前的前六次飞行中还搭载了基于 SR-71 的弹射座椅，从 1986 年起，在其垂直稳定器上配备了一个外部科学仪器舱。

在其 22 年的运营中，哥伦比亚号在航天飞机计划中执行了 28 次任务，在太空中度过了 300 多天，并完成了 4,000 多个地球轨道。虽然它在完成航天飞机系统的测试目标后很少使用，而且它更重的质量和内部气闸使其不适合计划中的航天飞机-半人马座发射和与空间站的对接，但它仍然被证明是轨道科学研究的主力在 1986 年挑战者号失事后。哥伦比亚号被用于 Spacelab 实验室十五次飞行中的十一次、所有四次美国微重力有效载荷任务，以及 Spacehab 研究双舱的唯一一次飞行。轨道飞行器在其十四次飞行中的十三次中使用了扩展持续时间轨道器托盘，这有助于在轨道上长时间停留以进行科学和技术研究任务。哥伦比亚号还用于回收长期暴露设施和部署钱德拉天文台，并将美国航天任务的第一位女指挥官、欧空局第一位宇航员、印度裔女宇航员和以色列第一位宇航员送入太空.

在 2003 年 2 月的最后一次飞行结束时，哥伦比亚号在重返大气层时解体，杀死了 STS-107 的七名机组人员并摧毁了机上的大部分科学有效载荷。不久后召开的哥伦比亚事故调查委员会得出结论认为，在 STS-107 发射期间，轨道飞行器左翼受到的损坏严重损害了飞行器的热保护系统。哥伦比亚及其机组人员的损失导致美国宇航局重新调整人类探索计划，并导致 2005 年星座计划的建立和 2011 年航天飞机计划的最终退役。为纪念随后的机组人员，人们进行了许多纪念和奉献。灾难；哥伦比亚纪念航天中心作为该事故的国家纪念馆开放，而“精神”号探测器探索的火星古谢夫陨石坑中的哥伦比亚山以机组人员的名字命名。哥伦比亚回收的大部分遗体都存放在肯尼迪航天中心的车辆装配大楼，尽管有些遗体在附近的游客中心公开展出。

航天飞机是一个退役的、部分可重复使用的低地球轨道航天器系统，由美国国家航空航天局 (NASA) 从 1981 年到 2011 年运行，作为航天飞机计划的一部分。它的正式项目名称是太空运输系统 (STS)，取自 1969 年的可重复使用航天器系统计划，该系统是唯一资助开发的项目。四次轨道试飞中的第一次 (STS-1) 发生在 1981 年，导致从 1982 年开始的运行飞行 (STS-5)。从 1981 年到 2011 年，建造了五辆完整的航天飞机轨道飞行器并在总共 135 次任务中飞行，从佛罗里达州肯尼迪航天中心（KSC）发射。运行任务发射了许多卫星、行星际探测器和哈勃太空望远镜 (HST)，在轨道上进行了科学实验，与俄罗斯一起参与了航天飞机-和平号计划，并参与了国际空间站 (ISS) 的建设和服务。航天飞机机队的总任务时间为 1,323 天。航天飞机组件包括轨道飞行器 (OV)，配备三个集群式 Rocketdyne RS-25 主发动机、一对可回收固体火箭助推器 (SRB) 和消耗性外部油箱 (ET)含有液态氢和液态氧。航天飞机像传统火箭一样垂直发射，两个 SRB 与轨道器的三个主发动机并行运行，这些主发动机由外星人提供燃料。 SRB 在飞行器到达轨道之前被丢弃，而主发动机继续运行，而 ET 在主发动机关闭后和插入轨道之前被丢弃，该轨道使用轨道器的两个轨道机动系统 (OMS) 发动机。在任务结束时，轨道器发射了 OMS 以脱离轨道并重新进入大气层。轨道器在再入过程中受到热保护系统瓦片的保护，它作为太空飞机滑翔到跑道着陆，通常是在佛罗里达州 KSC 的航天飞机着陆设施或加利福尼亚州爱德华兹空军基地的罗杰斯干湖。如果着陆发生在爱德华兹，则轨道飞行器将乘坐经过特殊改装的波音 747 航天飞机运载飞机 (SCA) 飞回 KSC。

第一个轨道飞行器企业号建于 1976 年，用于进近和着陆测试 (ALT)，但没有轨道能力。最初建造了四个完全运行的轨道器：哥伦比亚号、挑战者号、发现号和亚特兰蒂斯号。其中有两人在任务事故中丧生：1986 年的挑战者号和 2003 年的哥伦比亚号，共有 14 名宇航员遇难。 1991 年建造了第五个运行中的（总共第六个）轨道飞行器奋进号，以取代挑战者号。 2011 年 7 月 21 日亚特兰蒂斯号最后一次飞行后，三辆幸存的运营车辆退役。美国依靠俄罗斯联盟号宇宙飞船从最后一次航天飞机飞行中将宇航员运送到国际空间站，直到在2020 年 5 月。