“哥伦比亚”号的整个飞行过程可分为上升、轨道飞行和返回三个阶段。
发射时助推火箭和主发动机同时点火，航天飞机垂直起飞，当飞到50千米高时，助推火箭熄火，同轨道器自动分离。在快要进入绕地球运行的轨道时，主发动机熄火。接着由两台发动机提供推力，使轨道器进入地球轨道，至此上升阶段结束，轨道器绕地球开始无动力飞行，乘员执行各种任务。任务完成后开始返回阶段。机动发动机再次点火，进行制动减速，使轨道器脱离运行轨道，重新进入大气层，在大气中摩擦减速。这时轨道器变成了一架重型滑翔机，机翼成了决定性的器件，使它完成最后着陆阶段的滑翔飞行。在机场着陆时的速度为每小时341~346千米。
1981年4月12日，美国航天飞机“哥伦比亚”号载着两名宇航员首次试飞，经过54个半小时的飞行，绕地球36周后于14日安全着陆。
继第一次试飞成功之后，“哥伦比亚”号航天飞机又成功地进行了三次试飞，对系统的各种性能进行全面的试验。1982年11月11日，“哥伦比亚”号航天飞机正式开航。它携带宇航员成功地在将两颗卫星发射到预定的地球同步轨道位置上，从而开创了商业性空间运输的新纪元。继“哥伦比亚”号之后，1983年美国第二架航天飞机“挑战者”号也试飞成功。
航天飞机的出现是航天事业中的一场革命，航天飞机和大型空间站将是航天新时代的标志。
人类进入太空的工具——宇宙飞船
飞到太空去，漫游大宇宙，这是人类的一个夙愿。传说中国古代，有一位名叫嫦娥的女子，因偷吃了不死药，变得身手不凡而奔向月亮，永居天堂。
古希腊的一个神话说：莱湟的克里特国王囚禁了迷宫的建筑师代达洛斯和他的儿子爱琴。父子二人借腊制的双翼飞出了克里特岛。勇敢的爱琴因飞得离太阳太近，腊翼被熔化而坠入大海。后人为了纪念他，把他葬身的大海取名爱琴海。
美丽的神话故事，朴素地反映了古人对探索宇宙奥秘、揭示未知世界的神往。
1865年，凡尔纳写了一本着名的关于宇宙旅行的科幻小说，讲的是初次到月球上旅行的事情。虽然俄国科学家齐奥尔科夫斯基早在1903年对这个问题已进行了一些重要的物理学和数学研究，但是科学家们直到20世纪20年代才开始认真地考虑宇宙飞行的可能性。齐奥尔科夫斯基指出，只有火箭才是适用于离开地球大气层的飞行器。
火箭是一种较为理想的推进工具。它的发动机与航空发动机不同，它自带燃料和氧化剂，不仅能在真空中独立工作(即不依赖空气)，而且还有巨大的推进能力。
在火箭推进方面最重要的理论工作和实践工作，是德国人完成的。德国物理学家奥伯特于1923年出版了一本有影响的书《宇航之路》。若干年后，汽车实业家冯·奥佩尔在柏林附近试制成功了一辆火箭推进的汽车。另外一个叫瓦利亚的火箭先驱者，于1929年制造出了一种用乙醇和液态氧作燃料的汽车，在冻冰的巴利亚湖上试车时，时速达378千米。
与此同时，美国的物理学教授戈达德正在做大量的、系统的火箭研究工作。
他根据早期的一些实验写了一本小册子，名为《到达极大高度的方法》，于1919年出版。数年之后，他做了一系列的火箭发射试验，利用液态推进剂，火箭到达2286米的高空，速度每小时达到1126千米以上。
苏联人在空间探索方面取得了两项第一。1957年10月，一枚前苏联火箭携带着一颗较小的人造地球卫星飞升901千米后，开始以每小时27358千米的速度绕地球飞行，这就意味着只要有足够大的离心力以抵消地球的引力，就能离开地球，进入太空。后来前苏联和美国的无人驾驶宇宙飞船曾多次进入外层空间，到达月球和太阳系中的其他星球。
苏联人取得的另一项第一是在1961年4月，他们用火箭发射了一个四吨半重的宇宙飞船。这艘飞船载着加加林进入轨道，以每小时28968千米的速度，绕地球进行了89分钟的载人宇宙飞行。在第一次载人宇宙飞行之后，季托夫进行了第二次载人宇宙飞行，绕地球飞行了17圈。后来美国的格伦进行了第三次载人宇宙飞行。
1969年7月20日，美国首次进行了登月飞行，这是人类征服宇宙的伟大壮举。这枚三级、44吨重的阿波罗11号火箭燃烧液体燃料，用陀螺仪导航，电子计算机控制。有56个独立的工作系统，载着阿姆斯特朗、奥尔德林和科林斯三个宇航员，飞行了三天之后进入绕月球飞行的轨道。科林斯继续绕月飞行，其他两名飞行员则乘登月舱下到了月球表面。这种登月方法，是美国航天局的高级技术员霍博尔特想出来的。当这只登月舱再次从月球上升起并与指挥舱对接时，情况颇有点紧张。但是从起飞到195小时后在太平洋溅落，一切都很顺利。从技术上说，到月球旅行的成功是人类最辉煌的成就，虽然它并没有揭示多少科学家们所不知道的关于月球的情况。
在阿波罗登月计划后期，许多人认为继续登月是一种浪费，美国决定把所余“土星-V”的第三级改制成空间站，取名“天空实验室”，用火箭把它送入地球轨道，再用阿波罗飞船作交通工具。
1973年5月14日，“天空实验室-1”发射成功，它总长36米，最大直径6.5米，总重82吨，先后接待过三批宇航员，进行了270多项科研试验。
空间站既是多学科综合实验室，又是载人的多用途人造卫星，在拥有有效的空间运输系统以后，轨道空间站将是今后空间科学技术的重要发展方向。
有翅膀的机器——水翼艇
在江河湖海上有很多船，您见过带“翅膀”的船吗？这种带“翅膀”的船就是水翼艇，它航行时，船身离开水面，像在水面上飞驶一样，显得十分矫健。
水翼艇是怎样发明的呢？
原来，这是人们为了提高船艇的速度而采取的一种新的设计。船在水中行，水的密度大，船的阻力就大，前进速度就快不了。于是人们想到设计一种让船体部分或全部离开水面的船。但怎样才能做到这一点呢？造船的工程师们从小孩在河边“打水漂”中得到了启示。
小孩子“打水漂”就是用很薄的石片或是碎瓦片，按接近与水面平行的角度，将石片用力投出去，使它擦着水面跳跃前进。如果石片薄，表面很光滑，角度好，用力大，石片就可以在水面上飘行几丈远。这一游戏说明了这样一个物理现象：有一定表面的物体，以一定的迎水角度和速度沿水面运动时，水就会产生一个支承物体的力，我们称它为水动力。“打水漂”时的石片就是依靠水动力支持而飘行的。
根据这一道理，造船工程师们设计了一种船型：当这种船高速前进时，就像石片在水面上飘行一样，并把这种船称作滑行艇。
滑行艇与一般的船不一样，它的底部比较平坦。当船前进时，由于艇底向前挤压水，从而使底部的水压力升高，形成水动力，水动力就把艇部分地托出水面。
滑行艇虽有利于高速行驶，但也带来一些问题，如滑行艇的耐波性能差，不能在较大的风浪中航行。若在波浪中高速航行，船底与波浪相撞，艇底会受到波浪的巨大冲击力，不仅使艇体产生强烈的震动，影响以至破坏仪器设备的正常工作，有时也会引起艇体的破裂。
能不能让艇体完全离开水面，使它跑得更快，而且不受波浪冲击呢？人们开始设想给船装上“翅膀”，使它像飞机一样飞起来。这样，水翼艇就在滑行艇的基础上产生了。
有关水翼艇的设想，早在1869年就有人提出过。第一艘水翼艇是意大利发明家弗拉尼尼建造的，并于1905年在瑞士的马奇奥湖进行了试验。这是一艘排水量只有1.65吨，75马力的水翼艇，试航时跑37节多。继弗拉尼尼之后，美国人贝尔又建造了由自己设计的水翼艇，并于1918年创造了每小时114千米的航行记录。但因为当时对水翼艇的理论研究工作不够，大马力的动力设备和轻的艇体材料没得到解决，所以水翼艇没有发展到实用阶段。
到了第二次世界大战时，随着科学技术的进步，德国制造了一些民用和军用的水翼艇，而且达到了一定水平。如VS-10水翼鱼雷艇，排水量为47.5吨，最高航速可达55节多。
第二次世界大战后，水翼艇的发展大致分为两个阶段：
20世纪50年代和60年代初，是水翼艇试制并投入批量生产阶段。这期间，水翼艇主要是作为内河高速客船，吨位由9吨发展到100吨，航速35节左右。
20世纪60年代以后，水翼艇的发展方向是面向海洋，面向军用。水翼艇的吨位已达320吨。如1966年美国建造了一艘“普朗维尤”号水翼反潜试验艇，长64.7米，宽12.3米，排水量为320吨，最大航速达62节，持续航速为50节。此艇是自控全浸式水翼，水翼能旋转上翻到甲板上。船体材料是铝合金，它是美国海军中最大的一艘水翼艇。
20世纪80年代以来，虽然水翼艇的吨位没有明显增长，但其航速已达40~60节。有的国家还在研制80节的水翼艇。随着电子技术、自动控制技术的发展，耐腐蚀的轻型艇体材料的出现，以及大马力轻型动力设备——燃气轮机的诞生，都为水翼艇的发展开辟了广阔的前景。