“哥伦比亚”号航天飞机的第一次载人试验飞行是在1981年4月12日开始的。当官方正式公布“哥伦比亚”号处女航日期后，全世界都开始热切关注。报名前来采访的文字和摄影记者及技术人员约4000人，其中有400多名外国记者。有些记者是头天晚上，甚至数天前就用汽车拖着活动房子来到这里，以选择“最佳地形”。在佛罗里达州卡纳维拉尔角沿海几十千米内，观看发射的美国和外国游客近100万人，其热闹程度可与“阿波罗”11登月飞行媲美。这天天气晴朗，风和日丽，风速、云层、能见度都符合要求。所有观看发射的人都全神贯注地盯着39A发射台上的“哥伦比亚”号，盼着它腾飞上天。
参加处女航的是50岁的指令长约翰·杨和43岁的驾驶员罗伯特·克里平。这两名宇航员都有12000小时以上的飞行经验。为了这次处女航，他们自1978年1月份起，就进行了每周25小时的刻苦训练。单模拟驾驶舱练习就进行了1200多小时训练，训练内容还包括“万一3台发动机中的两台失灵该怎么办”这类应急措施。
“哥伦比亚”号首航于1981年4月12日美国东部标准时间7时整发射成功。“哥伦比亚”号绕地球飞行了36圈后，于14日安全返回大气层，并着陆成功。随后，被安置在一架波音－747大型喷气客机背上，运回肯尼迪角维修，以备下次使用。据航空航天局官员宣布，“哥伦比亚”号的首航“情况异常好”。“哥伦比亚”号首航成功，使美国举国上下大为振奋。
5月19日，里根总统在白宫隆重欢迎约翰·杨和罗伯特·克里平，为他们授勋，接着又在玫瑰园搭起的一个帐篷里请他们和他们的夫人一起共进午餐。这些都表明，美国费了近10年时间，花了近100亿美元研制成功的航天飞机，使美国的载人宇航事业发展到了一个新的水平，它在国内受到普遍好评和重视。
1981年11月12日当地时间上午10时10分，世界上第一个可重复使用的宇宙飞行器“哥伦比亚”号航天飞机，在佛罗里达州卡纳维拉尔角肯尼迪航天中心发射上天。“哥伦比亚”号第二次试飞的宇航员是49岁的约瑟夫·恩格尔和43岁的理查德·特鲁利。按原计划，宇航员将飞行5天4小时，绕地球83圈，可是当飞机上天进入轨道绕地仅3圈后，宇航员即发现一号燃料电池温度过高，功能失常，于是，休斯敦地面控制中心不得不命令他们启用备用电池。
1965年以来，美国载人宇宙飞行都使用这种电池，一般每次仅使用其中的一个即可，从未发生过故障。由于这种电池在飞机返航降落时还将供应返航发电机用电，地面控制中心担心如果继续按原计划运行，一旦备用电池再出毛病，宇航员将被困在太空无法返回，于是命令恩格尔和特鲁利提前返航。11月14日当地时间下午1时23分，两位宇航员在空间飞行36圈后平安归来。
虽然这次飞行提前返回，但90%的原定实验项目均完成了。它的再次成功飞行表明，航天飞机作为可重复使用的宇航工具是可行的。因此，美国航空航天局又决定定制另外3架航天飞机，即“挑战者”号、“发现”号和“阿特兰蒂斯”号，并相继投入使用。
“哥伦比亚”号航天飞机的最后一次飞行是在2003年2月1日。“哥伦比亚”在代号STS-107的第28次任务重返大气层的阶段中与控制中心失去联系，不久后被发现在德克萨斯州上空爆炸解体，机上7名太空人全数罹难。这是继1986年“挑战者”号爆炸后，美国发生的第二次航天飞机失事事件。
事故发生后，“哥伦比亚”号航天飞机事故独立调查小组公布了关于航天飞机失事原因的最终报告。报告指出，美国国家航空航天局长期以来在安全问题上的放松和疏忽导致了这起悲剧的发生。
为了避免事故的再次发生，美国航空航天局对航天飞机进行了改进，其内容包括：重新设计附着在航天飞机外部燃料贮箱上的泡沫防热瓦；调整航天飞机防热系统；改进航天飞机在发射时的地面拍摄和雷达探测范围；在航天飞机上安装多台摄像机，以便补充拍摄发射图片；研究改变航天飞机返回时的轨道，尽可能使机翼前缘和隔热瓦的加热温度降到最低。
2006年7月，美国航天飞机再次恢复飞行。
知识点固体火箭燃料
大、中、小型火箭的燃料有很大的不同，小型火箭的燃料就是火药，有单基、双基、三基等等。单基只有一种成分，无烟火药，黑色火药都可以；双基是无烟火药加硝化甘油；三基有三种主要成分，无烟火药加硝化甘油和高能炸药。大型的火箭燃料基本上是用橡胶：聚硫橡胶（美国第一代固体火箭用），聚氨酯（现役固体火箭常用）。氧化剂基本上用高氯酸盐或者高氯酸铵（后者就是无烟火箭），还可以用硝酸铵。橡胶容易成型，可以做成大直径的箭体。
震惊世界的“挑战者”号失事事件
“挑战者”号航天飞机是肯尼迪航天中心发射的第二架航天飞机，其名字来源于英国海军的一艘研究船。19世纪70年代，该船曾在大西洋和太平洋中航行过。“阿波罗”17号的登月舱也曾被命名为“挑战者”。
“挑战者”号在结构、材料和设备方面都在“哥伦比亚”号的基础上作了改进。它的尾翼、起落架舱门等改用了轻型蜂窝材料，机外燃料舱和固体燃料助推火箭用的钢板也比较薄，并取消了一些支83架结构，因此总重量比“哥伦比亚”号航天飞机轻4500千克，这样它的运货能力就相应提高了。
“挑战者”号航天飞机座舱内的弹射座椅被拆除，换上了4个乘员组的座椅，进行这项改进的目的是想使座舱更宽敞一些。此外，“挑战者”号航天飞机对机身外粘贴的硅瓦也作了改进，提高了抵御高温的能力，增强了黏着力。
“挑战者”号航天飞机开发初期原本是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，并于1983年4月4日在39A发射台正式进行首航任务。
“挑战者”号航天飞机的首航与“哥伦比亚”号首航不同，它除了对自身飞行能力进行试验外，还直接带有任务。其中最主要的是把一颗2.5吨重的“跟踪和数据中继卫星”送入空间轨道。美国国家航空航天局将以这个卫星作为中继站，保持地面、航天飞机以及在空间轨道运行的26个有效载荷卫星之间的通讯联络。
“挑战者”号的第二项任务是让两名宇航员在空间“行走”，以试验新的宇航服的效用，以及为将来宇航员在轨道回收或修复人造卫星积累经验。实现空间“行走”的两名宇航员分别是47岁的马斯格雷夫和49岁的彼得森。马斯格雷夫首先飘入真空，接着彼得森也跟出去了。先是飞机上密封舱与货舱之间的气闸室的圆门缓缓打开，货舱里很空，一根18米长的缆绳自货舱的一端通到另一端，两人都把自己宇航服上拴着的保险绳的一端，系在缆绳上。这根保险绳长15米，既可以保证他们在宇宙空间自由“行走”，又可以避免他们“飘”离货舱。当货舱舱门大开的时候，他俩在失重、真空的货舱内穿着宇航服来回走动，伸臂屈腿，飘飞蹦跳，并打开工具箱，取出各种特制工具，以试验穿着宇航服是否灵活，能否从事操作。由于“行走”情况良好，他们“行走”了4小时。
“挑战者”号航天飞机的再一个试验项目是把一批植物种子带上天去。这是乔治·帕克公司负责人向国家航空航天局付了3000美元购买的试验权利。乔治·帕克的商业头脑使他对未来的空间站和空间城产生了浓厚的兴趣。他相信当人类带着文明到空间城去定居时，也必须要带去种子，这就会给他的事业带来利润。
帕克的实验种子共有46个品种，他把这些种子分成4份。一份种在南卡罗来纳州，一份种在卡纳维拉尔角。另两份13.3千克重的种子装在特制的罐内，带到宇宙，但它们的包装情况不同，其中一份装在简易的涤纶袋里，让种子接触真空、温度变化和宇宙辐射，另一份种子置在密闭的袋子里。当这两份“上过天”的种子返回地面后，将由研究人员把它们种在实验园地里。这4批种子的发芽、生长情况，将向帕克提供有实用价值的数据。
再一项试验是由宇航员马斯格雷夫医生做的实验。很早以来，人们就对在宇宙这个真空失重的自然环境中从事商品生产发生了浓厚的兴趣。马斯格雷夫进行的就是生产极纯药物的试验。另一项在医学上得到应用的实验是制造微小精致的乳胶球，用于对癌症的研究。这些试验的最终目的是要在太空建立工厂，实现太空的商业化利用。
在这次航天飞行中，还进行了一项在宇宙空间试制雪的结晶的试验。日本费时8个月研制了“人工雪宇宙实验装置”，于1982年11月3日运到肯尼迪航天中心。但直到“挑战者”号航天飞机结束首航任务时，这个装置始终没有产生雪花结晶。此外，“挑战者”号也还带有一些其他试验项目。
1984年4月9日，运行5天，绕地80圈，飞了330万千米的“挑战者”号航天飞机，于当地时间下午1点54分降落在爱德华兹空军基地的第22号跑道上。
“挑战者”号航天飞机发生爆炸1986年1月28日，在美国佛罗里达州卡纳维拉尔角宇航中心，“挑战者”号航天飞机安静地竖立在39B发射台上，等着两枚固体燃料助推火箭帮助它克服地心引力，去遨游太空。按照飞行计划，它将把一个通讯卫星和全套观察哈雷彗星的仪器送入轨道。
这时美国已经拥有4架航天飞机了。它们分别是“哥伦比亚”号、“挑战者”号、“发现”号和“阿特兰蒂斯”号（又译“大西洲”号）。“挑战者”号自1983年4月完成处女航之后，已经9次进入宇宙。现在，这架航天飞机将要进行它的第10次航行。
此刻，在“挑战者”号巨大的座舱里，7名机组人员正在进行起飞前的最后一次检查准备工作。他们分别是：46岁的指令长弗朗西斯·斯科比，40岁的驾驶员迈克尔·史密斯，36岁的朱迪思·雷斯尼克（女），35岁的罗纳德·麦克奈尔（黑人），39岁的埃里森·鬼冢（美籍日本人）和41岁的格雷戈里·贾维斯，机组的第七位成员便是举世瞩目的女教师、37岁的克里斯塔·麦克利夫。
当地时间上午11点38分，也即格林尼治时间16点38分，经检查一切正常的“挑战者”号航天飞机正式点火发射。它的尾部拖着熊熊的火柱，以3倍于音速的速度，顺利地从发射架上升起。发射后一分钟，控制中心向指令长斯科比下达命令：“开足马力。”斯科比回答：“是，是，开足马力。”这是“挑战者”号航天飞机上7名机组人员留下的最后一句话。
当航天飞机升到3048米的高空时，“挑战者”号上的无线电联络和遥测系统突然中断，随之一声爆炸，仅仅飞行了73秒钟的航天飞机被一个大火球吞没。接着，许多飞机残骸碎片带着黄白色浓烟，坠入发射地点以东约29千米的大西洋上。溅落持续了将近1小时，以至救援人员无法及时进入出事地点。
美国的航天飞机都没有弹射座椅，为了使座舱显得宽敞舒适些，原先设计的弹射座椅被普通飞行椅取代了。当飞机在发射台上出毛病时，机组人员可以借助救生滑座迅速离开飞机，但是倘若飞机离开发射台升空之后再发生故障，机组人员就走投无路了。巨大的燃料箱里装有200万升高度挥发的液氢和液氧，“挑战者”号的爆炸，犹如一个大弹药库被炸，7名机组人员顷刻间全部丧生，无一幸免。
“挑战者”号的机毁人亡使美国国会议员们大惊失色，正在开会的参众两院，立即宣布休会。举行了默哀仪式后，整个国会的工作人员及议员们都聚集在电视机前，默默地等待着这场悲剧的结局。
事故原因最终查明：起因是助推器两个部件之间的接头破损，喷出的燃气烧穿了助推器的外壳，继而引燃外挂燃料箱。燃料箱裂开后，液氢在空气中剧烈燃烧爆炸。当然，导致这场事故的间接原因也很多，包括技术问题、飞行程序问题、管理问题等等。
尽管出了“挑战者”号爆炸事故，但是航天飞机的出现，仍然是人类载人宇航史上的一个里程碑。
知识点弹射座椅
飞机或载人航天器遇难时依靠座椅下的动力装置将飞行员、航天员弹射出机舱，然后张开降落伞使飞行员安全降落的座椅型救生装置。其工作原理是，靠着座椅的上升力，用座椅顶部将座舱盖击穿，使飞行员和座椅出舱。