轨道器空重约68吨，相当于DC-9喷气飞机重量的2.5倍，长度为37.24米，翼展23.79米，可以把总重29.5吨的卫星、空间探测器或其他货物射入空间，所有货物装在一个长18米、宽4.5米的货舱中。它的3台主发动机是非常先进的，排成一组装在航天飞机的尾部，通过直径30厘米管路从外贮箱的输送管中得到燃料推进剂。每台主发动机每秒耗燃料508千克，燃烧室压力高达200大气压以上。换句话说，每平方厘米的压力达211千克，因此发动机体积虽不大，却能产生很大推力。过去的火箭发动机燃烧寿命只有几分钟，而航天飞机的主发动机则不同，设计燃烧寿命高达7.5小时，大约可以承担55次飞行任务。因为它有一个先进的两级燃烧系统：推进剂首先在低温高压的环境下部分燃烧，然后在主燃烧室中充分燃烧，这种方法的燃烧效率高达99%。除主发动机外，轨道器中还有2台轨道发动机，它们使用轨道器贮箱内的推进剂，每台可产生2.7吨的推力。
轨道机动发动机的功用有三点：第一，在巨大的外贮箱被抛掉后，把轨道器推入地球轨道；第二，在太空为轨道器变轨提供机动能力；第三，飞行任务结束时，发动机点火制动，使轨道器脱离地球轨道，踏上返回地球的航程。轨道发动机点火时间长达15小时，因此每台可执行100次飞行任务。轨道器还有一套复杂的环境控制系统，用以为航天员维持一个舒适宜人的环境。
轨道器内的空气、温度、湿度和气压同地球上一样，因此，除非要进行舱外工作，航天员在轨道器内可以不穿宇宙服生活和工作。轨道器同严寒、酷热（太阳照射时）的空间完全隔绝，但航天员、电气设备和实验室的化学反应都会散发热量，若这些热量积蓄过多，会造成危险。因此轨道器内空气通过一些热交换器把部分热量传入冷水管路以降低气温；而水管中的热量被另一套装氟利昂的冷却管路吸收后，再通过货舱内壁上巨大的辐射器散发到宇宙空间，这样，就保证舱内温度在18~27摄氏度之间。轨道器内还装有碳滤层和氢氧化锂过滤器，用以滤去舱内空气中的二氧化碳、微量废气和异味，然后在气体中充入氧和氮，保持空气中气体含量的平衡，同时补充泄漏损失的少量气体。
另外，在失重条件下，热空气不能上升形成对流。为避免空气滞留形成气雾，舱内使用风扇以保持舱内空气流通。轨道器的驾驶室看起来很像一架喷气民航机的驾驶室，不过有一个不同：民航机驾驶员在操纵飞机时是坐着的；航天飞机驾驶员则仰躺在椅背上，面孔朝上，透过驾驶室的挡风窗口，他看到的只是一望无际的天空。指挥长坐在左首，右边是驾驶员。两人面前都有一组“T”字形仪表盘，上有空速表、姿态显示仪、高度表和方向指示器。仪表盘中央有一个小型电视荧光屏，用来显示其他的信息。指挥长和驾驶员通过同飞机上一样的踏板，可以控制尾舵左右转动；通过控制柱，使推力器组点火，控制轨道器的姿态（在轨道飞行时）以及在返回再入段和着陆机动时控制轨道器气动翼面的倾斜度。轨道器在返回大气层阶段是无动力飞行。整个轨道器装在推进剂贮箱的背部。
固体助推器长度为45.46米，直径3.7米。每台推力为1300吨。固体助推器的推进剂是一种高氯酸铝、铝和氧化铁的粉末与黏合剂的混合物。燃烧123秒后，消耗推进剂达503.6吨。和轨道器一样，固体助推器也是多次使用的。在一对助推器完成助推任务后，将溅落海洋，用拖船将它们进行回收。
航天飞机复杂的结构
航天飞机的整个系统是目前世界上最复杂的航天飞行器系统，比世界上任何的飞机都要复杂得多。
美国人的航天飞机系统是由三部分组成的：一个庞大的液体燃料贮箱，两个固体火箭助推器，加上航天飞机本身。
这两个固体火箭助推器，实际上就是两枚火箭，它们的长度是45米，直径3.7米。在发射航天飞机时，2台发动机产生的推动力大约为总推动力的四分之三，在飞行约2分钟后，它的固体燃料全部用完，于是与连在一起的液体燃料箱分离。它在返回地面时，张开降落伞，落在大西洋中，由船队打捞回收，以便下次使用，据说这种助推器可以使用20次。
固体火箭助推器有一个缺点：一旦它被点火，在燃料未被消耗完之前，无法关机熄火，而液体火箭发动机可以随时熄火。因此，在航天飞机发射时，总是航天飞机的3台以液态氢和液态氧作燃料的主发动机先点火，待燃料燃烧稳定以后，再在固体火箭助推器点火。
液体燃料储箱是一个十分粗大的家伙，装满了液态的氢和液态的氧。它长达47米，直径有8米多，可以装60多吨液氧和16吨多液氢，航天飞机的主发动机工作所需要的燃料就是它供给的。
当固体火箭助推器分离后，航天飞机与燃料箱一起再飞8分钟，这时已飞出大气层，接近了绕地球飞行的高度，液态燃料也已经消耗完毕，燃料箱与航天飞机分离，随后坠入大气层，被高温烧成碎片落入大洋深处。
航天飞机比起助推器和燃料箱都短得多，它只有37米多长，结构非常复杂，除装有3台主发动机外，还有许多台小发动机。这些小发动机主要是在太空中用的，那里已没有空气，只要用很小的推力就可以使航天飞机改变姿态。
航天飞机的运货舱有18米长，可以装上20多吨重的东西，比如卫星、空间站的部件、星球大战用的太空武器等。利用这么大的空间，还可以开展一些科学实验。
航天飞机可以运载许多名宇航员上天，让他们在太空中行走，去回收和修理卫星，甚至可以将别国的卫星“偷走”。航天飞机以每秒7000多米的速度绕地球飞行。如果携带精密的望远镜，还可以仔细观察地球表面，这在战争期间特别有用，它可以发现敌方的兵力部署情况，及时告诉己方军队指挥部，随机应变。1990年，美国人将一个价值15亿美元的哈勃太空望远镜放在太空，让它观察宇宙深处的星团，比地球最先进的望远镜观察的效果强5倍，可以观察到宇宙诞生时外星际的情况。
航天飞机在返回地球时以很快的速度下降。在航天飞机的头部，温度可以达到几千摄氏度。因此，在它的头部和一些地方贴满了陶瓷做成的防热瓦。
1986年的“挑战者”号爆炸给全世界以震惊。也许有人会问，难道航天飞机就没有救生系统吗？有的。如果在空中飞行，它可以将宇航员底舱那一块整个地弹射出来。当然，要及时发现故障，才能知道是否需要弹射救生。
很多的运载火箭都是在发射台上爆炸的，尤其是用液氢、液氧燃料时，一点火星就会引起一场大爆炸。由于美国的航天飞机用了一个巨大的液体燃料箱，因此，发射台上的救生系统还是必要的。他们将两根钢索拉到发射架上，一旦出现危险，宇航员就可以沿着钢索滑到地下掩体中保住性命。
1987年，前苏联人继美国人之后发射了自己制造的航天飞机。这架航天飞机与美国人的十分相似，它用世界上推力最大的火箭送上太空。前苏联的航天飞机与美国的航天飞机最大的区别是它没有装主发动机。因而在绕地球飞行时，无法调整离地球的高度，没有美国的航天飞机那样灵活。由于没有主发动机，它的货舱要大一些，可以送更多的东西上天，成为名副其实的太空货船。
知识点“哈勃”太空望远镜
“哈勃”太空望远镜，又称“哈勃”空间望远镜，是以天文学家爱德温·哈勃之名命名，在轨道上环绕着地球的望远镜。它的位置在地球的大气层之上，因此获得了地基望远镜所没有的好处——影像不会受到大气湍流的扰动，视相度绝佳又没有大气散射造成的背景光，还能观测会被臭氧层吸收的紫外线。
1990年4月25日，由美国航天飞机送上太空轨道的“哈勃”望远镜长13.3米，直径4.3米，重11.6吨，造价近30亿美元。它以2.8万千米的时速沿太空轨道运行，清晰度是地面天文望远镜的10倍以上。它已经填补了地面观测的缺口，帮助天文学家解决了许多根本上的问题，对天文物理有更多的认识。
航天飞机光明的未来
未来的航天飞机将是什么样子，人们已设想出了它的大致蓝图。
这种飞机不再需要火箭助推了，它可以从世界上任何一个较大的机场起飞，然后加速至音速的许多倍，在大气层外飞行，然后穿过大气层降落。因为用火箭助推器的航天飞机使用起来很不方便，世界上只有很少的地方有大型火箭发射场，更谈不上将这种飞机用于民航载客运货了。
美国人为了保持领先地位，首先开始了新的计划。这个计划有一个很怪的名字“铜谷”。这种新式飞机不再叫航天飞机了，而叫国家空天飞机。它以氢作燃料，由人驾驶从地球的机场上起飞，加速到大大超过音速的速度，在大气层外绕地球飞行。如果用它来客机，便给它一个更妙的名字“东方快车”。乘坐这种飞机旅行，从美国的首都华盛顿到中国的首都北京只需2小时。坐着它，一天可以绕地球好几圈。
这种飞机以氢作燃料，让它与空气混合燃烧以推动飞机前进。到目前为止，氢是世界上能够找到的最好的燃料。它燃烧后产生水蒸气，不破坏地球的环境。缺点是体积太大，用它做燃料，要占用飞机上的许多空间。不过科学家想出了一种办法，不但使气体状态的氢冷冻到了液态，而且将液态冷冻成了固态，空天飞机就可用一半的液态氢与一半的固态氢混合在一起作燃料了，他们给这种燃料取了一个名字叫氢浆。
在美国大力发展空天飞机的同时，西方先进的工业国家也开始发展自己的空天飞机计划。
欧洲空间局计划制造一种叫“赫尔墨斯”的空天飞机。这种飞机只有15米长，能把3名乘务员和约2吨重的东西送入太空，绕地球飞行，1998年开始正式载人飞行。
德国的空天飞机很有特点，用“桑格尔”命名，以纪念杰出的航天先驱桑格尔。它分成两级，货机载于有人驾驶的母机上，由母机背上起飞送上太空；货机无人驾驶，可以将1.4吨重的东西送入太空。
英国人的计划与美国人的类似，他们准备制造一架“霍托尔”空天飞机，能水平起飞和降落，使用液氢和液氧做燃料，能够将11吨的货物运上太空。
日本的航天技术起步较晚，他们的方案要落后一些，仍用火箭发射航天飞机上天，不过是将航天飞机装在火箭的头部发射的。
水平起降的空天飞机对人类有极大的吸引力，同时它的技术难度也非常大。比如，它的发动机与目前世界上任何发动机都不同，制造难度最大，因为当飞机以音速的十几倍速度飞行时，常常会使发动机熄火。由于空天飞机的速度达到十几倍音速，地面上的一些实验设备无法胜任实验任务。目前，美国人主要是利用世界上最快的计算机进行设计和计算，这种计算机可以每秒数学计算10亿次，尽管如此，仍嫌计算机速度不够快。
